Forschende entwickeln Regolith Werkstoff für nachhaltige Fertigung auf dem Mond
Die Bemühungen, eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond zu etablieren, schreiten voran. Eines der wichtigsten Projekte, das dieses Ziel verfolgt, ist beispielsweise das Artemis-Programm der NASA. So ein hochgesetztes Ziel bringt natürlich unzählige Herausforderungen mit sich, darunter einfache Fragen zu Logistik und Bau. Seit dem Start des Programms gab es mehrere Vorschläge, wie die Menschheit am effektivsten Bauprozesse auf dem Mond umsetzen kann – und heute berichten wir von der neuesten Idee der Concordia-Universität in Kanada. In einer Studie schlagen de Forschenden vor, Regolith als Rohstoff für den Bau auf dem Mond zu verwenden.
Der wissenschaftliche Artikel, in dem diese Lösung vorgestellt wird, wurde kürzlich im arXiv-Repository veröffentlicht. Darin untersuchen Wissenschaftler die Herstellung eines 3D-Druckmaterials auf Basis von PEEK (Polyetheretherketon), das mit einem Mondregolith-Simulanten verstärkt ist. Dieses Material könnte verwendet werden, um Teile, Werkzeuge und sogar Infrastruktur direkt auf dem Mond herzustellen und dabei die lokalen Ressourcen zu nutzen.
Beispiel für ein Filament mit einigen Ungleichmäßigkeiten in der Dicke. (Bild: arXiv)
Bei der Betrachtung des 3D-Drucks auf dem Mond müssen Faktoren wie Temperatur, Strahlung und geringe Schwerkraft berücksichtigt werden. Frühere Versuche, Regolith mit PEEK zu kombinieren, waren aufgrund von Extrusionskomplikationen gescheitert. Die härteren Regolithpartikel erhöhten den Drehmoment (Kraftmoment) im Extruder und begrenzten den Mineralgehalt auf maximal 30 %. Darüber hinaus waren die Teile poröser, was die Zugfestigkeit verringerte und die Sprödigkeit erhöhte.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, führte das Team unter der Leitung von Mohammad Azami zwei wichtige Innovationen ein. Ein neues Doppel Extruder-Design, das PEEK mit bis zu 50 % Regolith-Simulanz homogener mischen kann, und die Verwendung einer speziellen PEKK-Zwischenschicht (Polyetherketonketon), die mit einer zweiten Düse aufgetragen wird, trugen dazu bei, Verformungs- und Haftungsprobleme auf der Bauplatte zu reduzieren.
Nach der Optimierung des Prozesses haben die Forscher die Teile bei 300 °C geglüht. Dieser Schritt trug zur Verbesserung einiger mechanischer Eigenschaften bei, obwohl die Vorteile bei Mischungen mit mehr als 40 % Regolith begrenzt waren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Einarbeitung des Mondmaterials die Festigkeit der Teile um bis zu 41 % erhöhte und die Verformung während des Druckvorgangs verringerte, was zu einer höheren Maßgenauigkeit führte. Allerdings sank die Zugfestigkeit von 107 MPa bei reinem PEEK auf 90 MPa bei Teilen mit 40 % Regolith und auf etwa 70 MPa bei Teilen mit 50 % Regolith. Darüber hinaus nahm die Sprödigkeit zu, wobei die Dehnbarkeit vor dem Bruch geringer war.
Repräsentative Beispiele für gedruckte Nachbildungen, von reinem PEEK bis hin zu PEEK mit 50 Gewichtsprozent Regolith.
Die Studie kommt daher zu dem Schluss, dass die ausgewogenste Mischung aus etwa 60 % PEEK und 40 % Regolith besteht, wodurch terrestrisches Material eingespart wird, ohne die mechanischen Eigenschaften übermäßig zu beeinträchtigen. Mit diesen Ergebnissen schaffen die Wissenschaftler einen praktischen Maßstab für zukünftige additive Fertigungsprojekte im Weltraum.
Die Forscher weisen darauf hin, dass dies vorerst nur ein erster Schritt zur Verwirklichung ihres Vorhabens ist. Ihr nächstes Ziel wird es sein, diese Techniken in simulierten Mondumgebungen zu testen, darunter Vakuum, geringe Schwerkraft, extreme Temperaturwechsel und Strahlung. Außerdem planen sie, mit anderen Polymeren zu experimentieren und den Prozess auf großformatige robotergesteuerte Drucksysteme zu übertragen, mit denen komplette Strukturen wie beispielsweise Wohnräume direkt auf der Mondoberfläche hergestellt werden können. Wenn Sie mehr über das Projekt erfahren möchten, können Sie die wissenschaftliche Veröffentlichung HIER einsehen.
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*Titelbildverweis: arXiv
