Для Луны испытали 3D-печать из реголита и многократно переработанного пластика
Инженеры Университета Конкордия разработали композит для 3D-печати, в котором имитатор лунного реголита смешивается с высокопрочным термопластиком PEKK. Эксперименты показали, что полимер можно перерабатывать несколько раз и снова использовать для изготовления деталей, что потенциально позволит сократить количество материалов, доставляемых на будущие лунные базы с Земли.
В работе исследователи использовали полиэфиркетонкетон (PEKK) — термостойкий инженерный полимер — и имитатор лунного грунта. Композит содержал 30% реголита по массе. Из него методом 3D-печати изготовили несколько объектов, в том числе гаечный ключ и специальные энергопоглощающие конструкции.
Одной из главных задач было проверить, что произойдёт с материалом после многократной переработки. PEKK последовательно переработали три раза, после чего исследовали его структуру и механические характеристики. Существенного ухудшения свойств полимера учёные не обнаружили.
Это важно для потенциальных длительных миссий. Вместо доставки большого запаса готовых деталей экипаж теоретически сможет привезти ограниченное количество полимера, использовать его для печати необходимых изделий, а ненужные или повреждённые детали измельчать и применять повторно. Добавление местного реголита позволит уменьшить долю материала, который необходимо доставлять с Земли.
Эксперименты также показали, что частицы имитатора лунного грунта достаточно равномерно распределяются внутри полимера. Их присутствие уменьшало усадку и деформацию напечатанных деталей во время последующей термической обработки.
Однако у такого подхода обнаружился компромисс. Добавление реголита увеличивало пористость материала, поэтому композит становился более хрупким по сравнению с чистым PEKK. Исследователям предстоит подобрать состав и режим обработки, которые позволят сохранить преимущества реголита без чрезмерного ухудшения механических характеристик.
Ранее эта же исследовательская группа уже демонстрировала возможность 3D-печати композитами PEKK с содержанием имитатора лунного реголита до 60%. Новая работа сосредоточена на другом важном для космических миссий вопросе — возможности многократно перерабатывать исходный полимер и возвращать его в производственный цикл.
Пока речь идёт только о земных лабораторных экспериментах. Учёные использовали имитатор лунного реголита, а печать не проводилась непосредственно на Луне. Поэтому ещё предстоит проверить технологию в условиях вакуума, пониженной гравитации, лунной пыли и сильных перепадов температуры.
Тем не менее такой подход показывает один из возможных вариантов организации производства на будущей лунной базе: часть сырья доставляется с Земли и многократно перерабатывается, а недостающий материал получают непосредственно на месте из реголита.
Исследование в журнале Composites Part B: Engineering.