Laser-3D-Druck verwandelt simulierten Mondstaub in hitzebeständige Strukturen
Studie der Ohio State University untersucht Mondboden als potenzielle Option für die Fertigung im Weltraum mit Blick auf das Artemis-Projekt der NASA
Forscher der Ohio State University haben mithilfe eines Laser-3D-Druckverfahrens simulierten Mondboden in haltbare, hitzebeständige Strukturen umgewandelt. Dies ist Teil eines langfristigen Ziels der NASA, die Besiedlung des Mondes durch Menschen zu unterstützen.
In einer in der Fachzeitschrift Acta Astronautica veröffentlichten Studie beschrieb das Team detailliert, wie es einen Mondregolith-Simulanten – eine synthetische Version des feinen Staubs, der auf der Mondoberfläche zu finden ist – in Schichten schmolz und dann auf eine Grundfläche aufschmolz, um kleine Objekte herzustellen, die extremen thermischen Bedingungen standhalten sollen.
Das verwendete Simulans ist als LHS-1 bekannt und ahmt den Boden der Mondhochländer nach, einer stark verkraterten Region, die durch dunkles Basaltgestein gekennzeichnet ist.
Einfluss der Oberfläche auf die endgültige Druckqualität
Bei der Prüfung des Herstellungsprozesses unter verschiedenen Umgebungsbedingungen stellten die Forscher fest, dass die Qualität des Endmaterials in hohem Maße von der Oberfläche abhängt, auf die der Boden aufgedruckt wird.
Das Aufdrucken von LHS-1 auf Edelstahl und Glas erwies sich als schwierig, während das Material gut auf Aluminiumoxid-Silikat-Keramik haftete. Dies lag höchstwahrscheinlich daran, dass die beiden Verbindungen Kristalle bilden, die die thermische Stabilität und mechanische Festigkeit verbessern. Weitere Variablen, die die strukturelle Stabilität beeinflussten, waren der Sauerstoffgehalt der Luft, die Laserintensität und die Druckgeschwindigkeit.
„Durch die Kombination verschiedener Ausgangsmaterialien wie Metall und Keramik im Druckprozess haben wir festgestellt, dass das Endmaterial sehr empfindlich auf die Umgebung reagiert“, sagte Sizhe Xu, Hauptautor und wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Industrietechnik an der OSU. „Unterschiedliche Umgebungen führen zu unterschiedlichen Eigenschaften, die sich direkt auf die mechanische Festigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit bestimmter Komponenten auswirken.“
Sarah Wolff, leitende Autorin und Assistenzprofessorin für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der OSU, hob eine zentrale Herausforderung der Forschung hervor: die Nachbildung der Weltraumbedingungen im Labor.
„Es gibt Bedingungen im Weltraum, die sich nur sehr schwer in einem Simulator nachbilden lassen“, sagte sie. „Im Labor mag das funktionieren, aber in einer ressourcenarmen Umgebung muss man alles versuchen, um die Flexibilität einer Maschine für verschiedene Szenarien zu maximieren.“
Auswirkungen auf terrestrische Anwendungen für eine nachhaltigere Zukunft
Die Studie zeigte, dass zukünftige Versionen des Drucksystems statt mit herkömmlichem Strom mit Solarenergie oder Hybridantrieben betrieben werden könnten. Diese Erkenntnis veranlasste Wolff, auch auf die potenziellen Vorteile für den Planeten Erde hinzuweisen.
„Wenn wir es schaffen, Dinge im Weltraum mit sehr wenigen Ressourcen herzustellen, bedeutet das, dass wir auch auf der Erde eine bessere Nachhaltigkeit erreichen können“, sagte sie. „Zu diesem Zweck arbeiten wir intensiv daran, die Flexibilität der Maschine für verschiedene Szenarien zu verbessern.“
Xu fügte hinzu: „Es gibt so viele Anwendungsmöglichkeiten, an denen wir arbeiten, dass die Möglichkeiten mit neuen Informationen unbegrenzt sind.“
