16 augusti 2019

3D-skrivaren som ska printa en månbas av månstoft

Rymden

Den här artikeln bygger på ett pressmeddelande. Läs om hur redaktionen jobbar.

Att bygga en månbas är en rejäl utmaning. För att slippa ta med tungt material från jorden utvecklar forskare möjligheten att använda månstoft i särskilda 3D-skrivare. Dessa ska kunna printa ut byggstenarna direkt på plats – så kallad additiv tillverkning.

Ross Friel, universitetslektor vid Högskolan i Halmstad, leder en grupp forskare som jobbar med autonom additiv tillverkning (även kallad 3D-printing) som kan användas på månen.

– Jordens resurser är begränsade, så vår fortsatta existens kräver att vi blickar bortom vår planet. I rymden finns oändligt med resurser. För att kunna utforska inom, men även utanför, vårt solsystem, behövs en månbas som kan fungera som en ”språngbräda” för rymdresor. Det är ekonomiskt och tekniskt gynnsamt att använda månen som uppskjutningsplats på grund av dess lägre tyngdkraft, oerhört tunna atmosfär och klara himmel, samt möjligheten att använda väte och syre från månens is till raketbränsle, säger Ross Friel.

Utmaning att bygga månbas

Det är inte en lätt uppgift att bygga en månbas. Byggmaterialet måste både tåla och skydda människor och vetenskapliga instrument mot skadlig kosmisk strålning och meteoroider. Det är inte ett alternativ att transportera tung betong från jorden till månen – det är ohållbart och alldeles för dyrt. Därför kan möjligheten att använda material som redan finns på månen för att skapa byggstenar och andra användbara komponenter, som till exempel reservdelar, vara den bästa lösningen.

– Månstoft, det vill säga det fina grus på månen som kallas för lunar regolith, är ett naturligt keramiskt material – ungefär som vulkanaska på jorden. Vi har i vår forskning använt ett material från jorden med egenskaper som liknar månstoft. Det riktiga stoftet är ju svårt att komma över, säger Ross Friel.

3D-skrivare på månen

Genom att smälta det månstoftliknande materialet från jorden kan olika typer av strukturer skrivas ut med en särskilt utvecklad 3D-skrivare, till exempel kuber, filterstrukturer och skruvar – direkt på månens yta.

Genom att smälta ett material från jorden, med liknande egenskaper som månstoft, kan olika typer av strukturer skrivas ut med en särskilt utvecklad 3D-skrivare. Bilden visar a) kompakta kuber, b) en potentiell filterstruktur, c) en skruv och en mutter som visar utskriftens noggrannhet, och d) ett byggblock i form av en pusselbit som ett första steg mot sammankopplade byggkomponenter för att skapa kompakta materialstrukturer direkt på månens yta. Illustration: Högskolan i Halmstad

Under de kommande åren ska forskarna fortsätta att utveckla tekniken för en autonom 3D-skrivare som kan fungera på månen. De ska förfina testmiljön så att den simulerar förhållandena på månens yta, till exempel med ultrahögvakuum, samt exponera det utskrivna materialet för exempelvis strålning och kollisioner i hög hastighet med föremål som efterliknar meteoroider.

– Jorden är inte vår slutgiltiga destination. Människans utforskning av solsystemet är oundviklig. Det finns ett behov av innovativt tänkande och kreativa lösningar för att detta ska hända, något jag hoppas att vår forskning kan bidra till, säger Ross Friel.

Den typ av additiv tillverkning som forskarna använder kallas för powder bed fusion. Gruppens senaste forskningsresultat presenterades av Ross Friel vid 2019 års konferens Future Manufacturing Technologies Conference (FMTX) den 28 maj i Malmö.