Een beetje Marsstof lijkt een lange weg te gaan. Een kleine hoeveelheid gesimuleerd verpletterd Marsgesteente vermengd met een titaniumlegering maakte een sterker, hoogwaardig materiaal in een 3D-printproces dat ooit op Mars zou kunnen worden gebruikt om gereedschappen of raketonderdelen te maken.

De onderdelen zijn gemaakt door onderzoekers van de Washington State University met slechts 5% tot 100% Martiaanse regoliet, een zwarte poederachtige substantie die bedoeld is om het rotsachtige, anorganische materiaal na te bootsen dat op het oppervlak van de rode planeet wordt aangetroffen.

Terwijl de onderdelen met 5% Martiaanse regoliet sterk waren, bleken de 100% regoliet-onderdelen broos en scheurden ze gemakkelijk. Toch zouden zelfs materialen met een hoog marsgehalte nuttig zijn bij het maken van coatings om apparatuur te beschermen tegen roest of stralingsschade, zei Amit Bandyopadhyay, corresponderend auteur van de studie gepubliceerd in het International Journal of Applied Ceramic Technology .

"In de ruimte is 3D-printen iets dat moet gebeuren als we een bemande missie willen bedenken, omdat we echt niet alles vanaf hier kunnen vervoeren", zegt Bandyopadhyay, een professor aan de School of Mechanical and Materials Engineering van WSU. "En als we iets vergeten zijn, kunnen we niet terugkomen om het op te halen."

Materialen in de ruimte brengen kan extreem duur zijn. De auteurs merkten bijvoorbeeld op dat het ongeveer $ 54.000 kost voor de NASA-spaceshuttle om slechts één kilogram nuttige lading (ongeveer 2,2 pond) in een baan om de aarde te brengen. Alles wat in de ruimte of op de planeet gemaakt kan worden, zou gewicht en geld besparen - om nog maar te zwijgen van het feit dat als er iets kapot gaat, astronauten een manier nodig hebben om het ter plaatse te repareren.

Bandyopadhyay demonstreerde voor het eerst de haalbaarheid van dit idee in 2011 toen zijn team 3D-printen gebruikte om onderdelen te vervaardigen van maanregoliet, gesimuleerd verpletterd maansteen, voor NASA. Sindsdien hebben ruimtevaartorganisaties de technologie omarmd en heeft het International Space Station zijn eigen 3D-printers om de benodigde materialen ter plaatse en voor experimenten te vervaardigen.

Voor deze studie gebruikte Bandyopadhyay samen met afgestudeerde studenten Ali Afrouzian en Kellen Traxel een op poeder gebaseerde 3D-printer om het gesimuleerde Mars-steenstof te mengen met een titaniumlegering, een metaal dat vaak wordt gebruikt bij verkenning van de ruimte vanwege zijn sterkte en hittebestendige eigenschappen. Als onderdeel van het proces verwarmde een krachtige laser de materialen tot meer dan 2000 graden Celsius (3.632 F). Vervolgens stroomde de gesmolten mix van Martiaanse regoliet-keramiek en metaalmateriaal op een bewegend platform waarmee de onderzoekers verschillende maten en vormen konden creëren. Nadat het materiaal was afgekoeld, testten de onderzoekers het op sterkte en duurzaamheid.

Het keramische materiaal, gemaakt van 100% Mars-steenstof, barstte toen het afkoelde, maar zoals Bandyopadhyay opmerkte, zou het nog steeds goede coatings kunnen vormen voor stralingsschermen, aangezien scheuren in die context er niet toe doen. Maar een beetje Marsstof, het mengsel met 5% regoliet, barstte niet alleen niet, maar vertoonde ook betere eigenschappen dan de titaniumlegering alleen, wat betekende dat het kon worden gebruikt om lichtere stukken te maken die nog steeds zware lasten konden dragen.

"Het geeft je een beter materiaal met een hogere sterkte en hardheid, dus dat kan in sommige toepassingen aanzienlijk beter presteren", zei hij.

Deze studie is slechts een begin, zei Bandyopadhyay, en toekomstig onderzoek kan betere composieten opleveren met behulp van verschillende metalen of 3D-printtechnieken.

"Dit bevestigt dat het mogelijk is, en misschien moeten we in deze richting denken, omdat het niet alleen zwakke plastic onderdelen maakt, maar metaal-keramische composietonderdelen die sterk zijn en voor elk soort structurele onderdelen kunnen worden gebruikt," zei hij. + Verder verkennen

Onderzoekers gebruiken 3D-printer om onderdelen van maansteen te maken