空間建筑的未來：意大利科學(xué)家使用月壤進行3D打印

隨著人類探索宇宙的步伐不斷加快，利用3D打印技術(shù)在月球上建造建筑物的想法逐漸成為現(xiàn)實。這項技術(shù)的核心在于使用月球表面的天然資源——月壤（即月球風(fēng)化層），它是由數(shù)百萬年來流星體和其他空間粒子撞擊形成的松散巖石層。如果能夠?qū)⒃氯擂D(zhuǎn)化為3D打印材料，那么宇航員就可以直接在月球上構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，大大降低從地球運輸材料的成本和復(fù)雜性。



GLAMS項目：用月壤打印未來
GLAMS（用于增材制造和月球監(jiān)測的地質(zhì)聚合物）是意大利航天局資助的一項開創(chuàng)性研究計劃，旨在開發(fā)基于月壤的建筑材料，并通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)月球基地的建設(shè)。自2023年啟動以來，這個為期兩年的項目已經(jīng)匯聚了來自帕多瓦大學(xué)空間研究和活動中心 (CISAS)、位于熱那亞的 CNR 凝聚態(tài)化學(xué)和能源技術(shù)研究所 (ICMATE) 和位于馬薩倫巴達(dá)的 3D 打印專家WASP ，他們共同致力于讓月球居住的夢想更進一步。



在GLAMS項目的初期階段，重點是開發(fā)和優(yōu)化由月球風(fēng)化層制成的地質(zhì)聚合物粘合劑。具體來說，帕多瓦大學(xué)教授 Luca Valentini 和 Giorgia Franchin 使用月球土壤顆粒和化學(xué)活化創(chuàng)造了水泥狀地質(zhì)聚合物材料。ICMATE 團隊成員隨后一直致力于準(zhǔn)備用于 3D 打印的材料，方法是將發(fā)泡劑添加到基于風(fēng)化層的混合物中，以創(chuàng)建具有可打印粘度和大孔結(jié)構(gòu)的建筑材料。



3D打印測試與優(yōu)化
WASP提供的40100 LDM 3D打印機成為了實驗的關(guān)鍵設(shè)備。這款打印機專為處理流體密集型材料設(shè)計，如粘土、石器、瓷器和陶器，其配備的手動進料系統(tǒng)擠出機更是增強了對混凝土和地質(zhì)聚合物材料的處理能力。通過這臺打印機，團隊得以精確地測試新材料的可打印性和最終結(jié)構(gòu)的強度及完整性。一旦打印完成，這些結(jié)構(gòu)會嵌入傳感器以監(jiān)測它們隨時間的變化情況以及應(yīng)對“微流星撞擊”的反應(yīng)?？茖W(xué)家們需要確保這些結(jié)構(gòu)不僅能抵抗小規(guī)模的隕石撞擊，還能適應(yīng)月球表面劇烈的溫度變化。

△1-打印狀態(tài)指示燈 LED 條；2-交互界面；3-網(wǎng)絡(luò)連接；4-螺桿擠出機；5-大型打印品

展望未來
盡管GLAMS項目仍處于早期階段，但已取得了令人鼓舞的進展。首批3D打印的地質(zhì)聚合物樣品已經(jīng)在國際宇航大會上亮相，雖然尺寸不大，但它們象征著人類向月球永久定居邁出的重要一步。隨著技術(shù)的不斷進步，有理由相信，在不久的將來，GLAMS項目將幫助建立半永久性的月球人類定居點，滿足航天機構(gòu)的需求并推動人類在太空中的長期存在。

除了GLAMS之外，世界各地還有多個類似項目正在探索月壤的應(yīng)用潛力。例如，德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校與NASA的合作項目正在研發(fā)基于月壤和火星土壤的可充電電池，這些鈉離子電池不僅適用于地球，而且有望為未來的太空任務(wù)提供可靠的動力來源。可以說，這些努力正共同書寫著人類探索宇宙的新篇章。