Če bodo prihodnje misije res pripeljale ljudi na Mars, bo eno ključnih vprašanj precej bolj praktično kot futuristično: kako na planetu izdelovati orodje, rezervne dele in gradbene komponente brez dragih pošiljk z Zemlje. Raziskovalci z Univerze v Arkansasu menijo, da bi lahko del odgovora ponudilo 3D-tiskanje kovin neposredno v marsovski atmosferi.
Nova raziskava, objavljena v reviji Journal of Manufacturing and Materials Processing, kaže, da je mogoče kovinske dele izdelovati tudi v atmosferi ogljikovega dioksida, ki predstavlja približno 95 odstotkov Marsove atmosfere.
Mars brez pošiljk argona?
Raziskavo je vodil Zane Mebruer, takrat še študent strojništva na Univerzi v Arkansasu, pod mentorstvom docenta Wana Shouja. Osrednje vprašanje je bilo, ali bi bilo mogoče postopek 3D-tiskanja kovin izvajati brez argona, plina, ki se danes običajno uporablja pri industrijskem tiskanju kovinskih delov.
Argon pri postopku preprečuje oksidacijo kovine. Brez zaščitnega plina lahko kovinski material med izdelavo oslabi, kar zmanjša mehansko trdnost končnega izdelka.
“Kohezija med plastmi bo veliko slabša. To bo vplivalo na trdnost materiala,” je pojasnil Mebruer.
Prav zato bi bila možnost uporabe ogljikovega dioksida pomembna prednost za prihodnje marsovske baze. Prevažanje velikih količin argona z Zemlje bi bilo logistično zahtevno in izjemno drago.
Testirali so 3D-tiskanje v atmosferi CO2
Raziskovalci so uporabili tehnologijo laserske fuzije kovinskega prahu v plasteh, znano kot PBF-LB. Pri postopku laser postopoma tali tanke plasti kovinskega prahu in jih povezuje v trden predmet.
V eksperimentu so izdelali enoslojne kovinske strukture v treh različnih okoljih:
- v argonu,
- v atmosferi ogljikovega dioksida,
- in v običajnem zraku.
Nato so vzorce analizirali pod mikroskopom ter preverjali kakovost površine in notranje nepravilnosti.
Najboljše rezultate je pričakovano dosegel argon, vendar so bili tudi vzorci, izdelani v CO2, dovolj stabilni, da raziskovalci govorijo o pomembnem “dokazu koncepta”. Rezultati v atmosferi ogljikovega dioksida so bili boljši od tiskanja v običajnem zraku.
Po besedah Shouja gre za zgodnjo, a pomembno stopnjo razvoja tehnologije, ki bi jo lahko nekoč uporabljali pri gradnji infrastrukture na Marsu.
Pomemben korak za prihodnje marsovske baze
3D-tiskanje velja za eno ključnih tehnologij prihodnjih vesoljskih misij, saj omogoča izdelavo delov na kraju samem in zmanjšuje količino tovora, ki ga je treba izstreliti z Zemlje.
Mars predstavlja poseben izziv zaradi oddaljenosti. Razdalja med Zemljo in Marsom lahko preseže 55 milijonov kilometrov, zato je vsak kilogram tovora izjemno dragocen.
Prav zato vesoljske agencije in raziskovalne skupine vse več pozornosti namenjajo tako imenovani “in-situ” proizvodnji — torej uporabi lokalnih materialov in virov neposredno na drugih planetih.
Za Mebruerja je raziskava pomenila tudi pomemben osebni preboj. Po zaključku projekta se je vpisal na doktorski študij strojništva na Tehnološkem inštitutu Georgia, kjer je raziskava zbudila veliko zanimanja že med sprejemnim postopkom.
“Skoraj ves razgovor je potekal o tem projektu,” je dejal raziskovalec.
