Lite Marsdamm verkar räcka långt. En liten mängd simulerad krossad Mars-sten blandad med en titanlegering gjorde ett starkare, högpresterande material i en 3D-utskriftsprocess som en dag skulle kunna användas på Mars för att tillverka verktyg eller raketdelar.

Delarna tillverkades av forskare från Washington State University med så lite som 5 % upp till 100 % Martian regolit, en svart pulverformig substans avsedd att efterlikna det steniga, oorganiska materialet som finns på ytan av den röda planeten.

Medan delarna med 5% Mars regolit var starka, visade sig de 100% regolitdelarna vara spröda och spricker lätt. Ändå skulle även material med högt Mars-innehåll vara användbara för att göra beläggningar för att skydda utrustning från rost eller strålningsskador, säger Amit Bandyopadhyay, motsvarande författare till studien publicerad i International Journal of Applied Ceramic Technology .

"I rymden är 3D-utskrift något som måste hända om vi vill tänka på ett bemannat uppdrag eftersom vi verkligen inte kan bära allt härifrån", säger Bandyopadhyay, professor vid WSU:s School of Mechanical and Materials Engineering. "Och om vi har glömt något kan vi inte komma tillbaka för att hämta det."

Att ta med material ut i rymden kan vara extremt dyrt. Till exempel noterade författarna att det kostar cirka 54 000 $ för NASAs rymdfärja att sätta bara ett kilo nyttolast (cirka 2,2 pund) i jordens omloppsbana. Allt som kan tillverkas i rymden eller på planeten skulle spara vikt och pengar – för att inte tala om om något går sönder, skulle astronauter behöva ett sätt att reparera det på plats.

Bandyopadhyay visade först genomförbarheten av denna idé 2011 när hans team använde 3D-utskrift för att tillverka delar från månregolit, simulerad krossad månsten, för NASA. Sedan dess har rymdorganisationer anammat tekniken och International Space Station har sina egna 3D-skrivare för att tillverka material som behövs på plats och för experiment.

För den här studien använde Bandyopadhyay tillsammans med doktoranderna Ali Afrouzian och Kellen Traxel en pulverbaserad 3D-skrivare för att blanda det simulerade stendamm från Mars med en titanlegering, en metall som ofta används i rymdutforskning för sin styrka och värmebeständiga egenskaper. Som en del av processen värmde en kraftfull laser upp materialen till över 2 000 grader Celsius (3 632 F). Sedan flödade den smälta blandningen av Martian regolit-keramik och metallmaterial på en rörlig plattform som gjorde det möjligt för forskarna att skapa olika storlekar och former. Efter att materialet svalnat testade forskarna det för styrka och hållbarhet.

Det keramiska materialet tillverkat av 100% Mars-stendamm spricker när det svalnade, men som Bandyopadhyay påpekade kunde det fortfarande göra bra beläggningar för strålningssköldar eftersom sprickor inte spelar någon roll i det sammanhanget. Men bara lite damm från mars, blandningen med 5% regolit, inte bara spricker eller bubblade utan uppvisade också bättre egenskaper än enbart titanlegeringen, vilket innebar att den kunde användas för att göra lättare viktdelar som fortfarande kunde bära tunga belastningar.

"Det ger dig ett bättre material med högre hållfasthet och hårdhet, så det kan prestera betydligt bättre i vissa applikationer", sa han.

Denna studie är bara en början, sa Bandyopadhyay, och framtida forskning kan ge bättre kompositer med hjälp av olika metaller eller 3D-utskriftstekniker.

"Detta slår fast att det är möjligt, och vi kanske borde tänka i den här riktningen eftersom det inte bara är att tillverka plastdelar som är svaga utan metallkeramiska kompositdelar som är starka och kan användas för alla typer av strukturella delar," sa han. + Utforska vidare

Forskare använder 3D-skrivare för att göra delar av månsten