Смешивание реголита с полимером экономит массу для 3D-печати
Построить базу на Луне не только сложно — это еще и ужасно дорого. Доставка каждого килограмма стройматериалов с Земли стоит огромных денег. А что если печатать инструменты и детали прямо из лунной пыли? Канадские ученые сделали важный шаг в этом направлении. Они нашли способ создавать прочный материал для 3D-принтера, который на 40% состоит из местных ресурсов.
Исследователи из Университета Конкордия нашли способ эффективно смешивать пластик с материалом, который имитирует лунный грунт или реголит. Это позволяет печатать на 3D-принтере детали, используя значительно больше местных лунных ресурсов. Такой подход в будущем поможет сэкономить на доставке материалов с Земли. Руководил работой Мохаммед Азами с факультета электротехники. Ученые работали с особым термопластиком PEEK. Он уже широко применяется в 3D-печати. Прошлые попытки смешать его с лунным грунтом были не очень удачными.
Во-первых, смесь было трудно выдавливать из принтера: твердые частицы грунта мешали процессу, и сопло просто распыляло пыль. Во-вторых, напечатанные детали получались пористыми, что делало делало их хрупкими и ломкими. Чтобы решить эти проблемы, инженеры усовершенствовали сам процесс печати. Они внедрили два ключевых изменения: новую конструкцию смесителя и особый первый слой для печати.
Смешивать искусственный лунный грунт с пластиком PEEK оказалось непросто — при увеличении доли грунта смесь становилась очень густой. Старые смесители не справлялись с нагрузкой, поэтому доля грунта не превышала 30%. Команда Мохаммеда Азами использовала новую конструкцию с двумя винтовыми механизмами, что позволило равномерно перемешивать компоненты и довести содержание грунта в смеси до 50%.
Однако при печати возникла другая сложность — готовые детали начинали деформироваться и отслаиваться от печатной платформы. Такая проблема бывает и при печати чистым пластиком PEEK, но лунный грунт ее усугубил. Инженеры нашли изящное решение: они использовали рафт — это вспомогательная структура, служащая платформой, поверх которой печатается само изделие.
Принтер с двумя соплами сначала печатал эту подложку из другого пластика, который называется PEKK, а уже на нее наносил основной материал из смеси грунта и пластика PEEK. Детали стали хорошо прилипать и перестали деформироваться.
Стратегическое преимущество: где России строить лунную базу
После успешной печати ученые решили дополнительно укрепить образцы с помощью отжига — это процесс, когда материал нагревают, а затем медленно остужают, чтобы улучшить его структуру и свойства. Это сработало, но с одним ограничением: механические свойства улучшались только в образцах с невысоким содержанием грунта. Когда грунта было много, его частицы разрывали полимерные цепочки в пластике, поэтому отжиг уже не давал такого эффекта.
Конечно, исследователи тщательно проверили свойства нового материала. Он стал заметно жестче, однако прочность на разрыв снизилась. То есть деталь стало легче сломать, если ее растягивать. Также материал стал более хрупким: он ломался почти без растяжения, как сухое печенье. В итоге ученые определили лучший компромисс между экономией и качеством.
Оптимальной оказалась смесь из 60% пластика PEEK и 40% лунного грунта. Такой материал позволяет максимально использовать местные ресурсы, но при этом его механические свойства не ухудшаются.
Эта работа находится на самом раннем этапе. Безусловно, есть еще много возможностей для улучшений. В будущем исследователи планируют попробовать смешивать лунный грунт с другими видами пластика. Они также хотят проводить испытания в условиях, имитирующих лунные – например, в вакууме и при низкой гравитации. Ранее другой коллектив ученых подбирал идеальный реголит для 3D-печати на Луне.
Самое популярное
