De hele Apollo 11-missie naar de maan duurde slechts acht dagen. Als we ooit permanente bases op de maan willen bouwen, of misschien zelfs Mars of verder, dan zullen toekomstige astronauten nog veel meer dagen moeten doorbrengen, maanden en misschien zelfs jaren in de ruimte zonder een constante levenslijn naar de aarde. De vraag is hoe ze aan alles zouden komen wat ze nodig hadden. Het zou enorm duur zijn om raketten te gebruiken om alle apparatuur en benodigdheden te sturen voor het bouwen en onderhouden van nederzettingen op de maan op de lange termijn.

Dit is waar 3D-printen kan komen, waardoor astronauten alles kunnen bouwen wat hun maankolonie nodig heeft van grondstoffen. Veel van de opwinding rond 3D-printen in de ruimte was gericht op het gebruik ervan om gebouwen van maansteen te bouwen. Maar mijn onderzoek suggereert dat het misschien praktischer is om dit maanstof te gebruiken om maanproductielaboratoria te leveren die vervangende componenten voor allerlei soorten apparatuur leveren.

Technisch bekend als additieve fabricage, 3D-printen omvat een geavanceerde groep technologieën die fysieke producten van bijna elke vorm of geometrische complexiteit kunnen produceren uit digitale ontwerpen. De technologie kan al dingen maken van een enorm palet aan materialen, waaronder metalen, keramiek en kunststoffen, waarvan sommige kunnen worden gebruikt om apparatuur van ruimtekwaliteit te maken.

3D-printen heeft ook het extra voordeel dat het werkt met minimale menselijke tussenkomst. U kunt het gewoon instellen om af te drukken en te wachten op het eindproduct. Dit betekent dat het zelfs op afstand kan worden bediend. In theorie, je zou een 3D-printer naar de maan (of een andere ruimtebestemming) kunnen sturen voor een menselijke bemanning en het zou kunnen beginnen met het produceren van structuren voordat de astronauten zelfs maar arriveerden.

Er zijn, natuurlijk, belangrijke uitdagingen. 3D-printen is voornamelijk ontwikkeld voor gebruik op aarde, vertrouwen op bepaalde consistente niveaus van zwaartekracht en temperatuur om te werken zoals ontworpen. Tot nu toe gebruikt het materialen die aanzienlijk minder complex zijn dan die op het oppervlak van de maan of Mars.

Afdrukken met maanstof

De maan is bedekt met regoliet, een losse, poederachtig materiaal gevormd uit miljoenen jaren van meteoren die het maanoppervlak bombarderen. Hierdoor zijn de bovenste lagen van het gesteente langzaam veranderd in een grondachtig materiaal gemaakt van korrels van minder dan een paar millimeter breed. Terwijl je in theorie regolith zou kunnen gebruiken voor additieve manufacturine, voor 3D-geprinte huizen of zelfs meer basiscomponenten zoals bakstenen en cement heb je extra materialen van de aarde nodig om te mengen met de regoliet, zoals vloeibare bindmiddelen.

Mijn collega's en ik hebben gekeken naar manieren om een ​​reeks technische componenten in 3D te printen met alleen regolith. Onze techniek omvat het gebruik van een laser om een ​​zeer kleine hoeveelheid energie om te zetten in warmte die kan smelten en regolietkorrels kan samensmelten om een ​​dun maar stevig plakje van het materiaal te vormen. Door dit proces meerdere keren te herhalen en achtereenvolgens meer lagen toe te voegen, we kunnen uiteindelijk een driedimensionaal object bouwen.

Elke laag is meer dan 1 mm dik en dus zou het onpraktisch veel tijd kosten om grote constructies zoals muren of complete schuilplaatsen te bouwen. In plaats daarvan, het is veel beter om kleinere, nauwkeurig ontworpen zeer gedetailleerde objecten zoals stof- of waterfilters, die doorgaans gaten van minder dan een micron (0,001 mm) nodig hebben. 3D-printen zou bijzonder nuttig zijn voor het repliceren van vitale componenten als ze beschadigd of versleten zouden raken, en moest sneller worden vervangen dan een bevoorradingsschip nodig zou hebben om een ​​nieuw schip van de aarde te halen.

Om erachter te komen hoe je deze 3D-print in de ruimte kunt laten werken, we hebben diepgaand onderzoek gedaan naar zowel het materiaal als de processen, en probeerde te begrijpen hoe de omstandigheden op de maan hen waarschijnlijk zouden beïnvloeden. Zonder een kant-en-klaar aanbod van echte regoliet, we gebruikten een materiaal dat zijn chemische en minerale samenstelling imiteert. Dit werd gevormd onder heel andere omstandigheden dan een meteoorbombardement, maar het is voor ons complex genoeg om de interactie met de laser te bestuderen en die kennis te gebruiken om in te schatten hoe echte regoliet zou reageren.

We moeten het materiaal en de interactie met het 3D-printproces nog beter begrijpen, en ontwikkel nieuwe technische oplossingen om eventuele beperkingen te overwinnen. In dit stadium, het is zelfs moeilijk voor ons om te weten wat voor soort dingen er mis kunnen gaan. Maar een goede volgende stap zou zijn om 3D-printen te testen met echte regolith. Bestaande monsters op aarde zijn zeer beperkt, maar met de mensheid klaar om een ​​nieuw tijdperk van maanactiviteit in te gaan, misschien komt er binnenkort een kant-en-klaar aanbod beschikbaar.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.