Drukowanie z Księżyca (rodem)

[KopalniaWiedzy.pl 357]

W zeszłym roku naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Waszyngtonu (WSU) zmodyfikowali drukarkę, by uzyskać kostnopodobny materiał, a w tym porwali się z motyką na Księżyc. Dosłownie. Wykazali, że wykorzystując surowiec z naszego satelity, można wydrukować różne obiekty. Bezcenne, gdyby po wylądowaniu okazało się, że potrzeba jakiejś części zamiennej lub narzędzia.

Brzmi jak science fiction, ale takie rzeczy są teraz naprawdę możliwe - podkreśla prof. Amit Bandyopadhyay.

W 2010 r. badacze z NASA skontaktowali się z Bandyopadhyayem, pytając, czy ze skały księżycowej dałoby się wydrukować trójwymiarowe obiekty. Nie chodziło przy tym wyłącznie o rozwiązanie frapującego problemu teoretycznego. Należy bowiem pamiętać, że ze względu na olbrzymie koszty kosmiczni podróżnicy starają się ograniczać "bagaż" do minimum, byłoby zatem wspaniale, gdyby zakładając księżycową czy marsjańską bazę, dało się sięgnąć po materiał dostępny na miejscu.

Wybrana przez Bandyopadhyaya i innych LENS (ang. Laser Engineering Net Shaping) jest jedną z technik przyrostowych, w ramach których bryła powstaje warstwa po warstwie. Nad stołem z wytwarzanym elementem znajduje się głowica podająca. Przechodzi przez nią światło lasera o dużej mocy - tutaj 50 watów. W ognisko wprowadza się sproszkowaną substancję, która ulega stopieniu, przez co nadaje się do punktowego naniesienia na bryłę (Amerykanie porównują to do kształtowania roztopionego wosku ze świecy).

Amerykańska agencja kosmiczna dostarczyła zespołowi z WSU 4,5 kg "symulatu" księżycowego regolitu, czyli imitacji wykorzystywanej przez NASA podczas eksperymentów. Zastanawiano się, jak materiał złożony z krzemu, glinu, wapnia, żelaza i tlenku magnezu będzie się topić, ale zachowywał się on jak krzemionka. Po wydrukowaniu proste elementy przesłano NASA. Nie wygląda to fantastycznie, ale da się coś z tego zrobić.

Aby określić wpływ przetwarzania laserem na mikrostrukturę, fazy składowe i chemię regolitu, zastosowano kilka metod, m.in. skaningową kalorymetrię różnicową czy rentgenowską spektrometrię fotoelektronów XPS.

Manipulując zakresami parametrów wiązki lasera, akademicy stwierdzili, że najodpowiedniejsza wydaje się gęstość energii (fluencja) rzędu 2,12 J/mm2, bo wtedy topi się dokładnie tyle materiału, co trzeba. Nadmiar nie rozpływa się, przez co nie dochodzi do pękania zastygłych warstw.

Zastosowanie LENS przekształcało krystaliczny materiał w nanokrystaliczne i/lub amorficzne struktury regolitowe. Zastosowanie lasera skutkowało marginalnymi zmianami w składzie regolitu.

Inżynierowie sądzą, że konkretne potrzeby można zaspokoić, modyfikując nieco opisany proces. Chcąc uzyskać bardziej wytrzymały materiał budowlany, warto rozważyć dodanie do skały księżycowej materiałów z Ziemi. W przyszłości Bandyopadhyay i inni zamierzają zademonstrować wykonanie regolitowych części zamiennych.