طرح چاپ ۳بعدی مواد در مریخ با خاک مصنوعی ماه

سیاره سرخ برخلاف زمین، فاقد منابع طبیعی است و با اینکه مریخ منابع طبیعی محدودی دارد اما بازهم فضانوردان تلاش می‌کنند به مریخ سفرکرده و در آنجا مستقر شوند.

دانستن دقیق شرایط کلی مریخ، همواره یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های فضانوردان است، اکنون نتایج آزمایش‌های اخیر چاپ سه‌بعدی آژانس فضایی اروپا ثابت کرده که زندگی در مریخ غیرممکن نیست.

تاکنون باوجود کاوشگرهای بسیاری که به مریخ فرستاده‌شده‌اند، اما دانش دانشمندان نسبت به شرایط مریخ محدود بوده است.

همانند ماه تنها چیزی که در سیاره سرخ وجود دارد، گردوغبار است. بنابراین، به‌عنوان یک‌پایه و اساس برای مواد تولیدی در مریخ، پژوهشگران از یک نسخه شبیه‌سازی‌شده از خاک ماه که به نام سنگ‌پوشه ماه (lunar regolith) شناخته می‌شود، استفاده کردند.

به لایه‌ای از سنگ یا پوششی از واریزه‌های سنگی که روی سنگ‌بستر را می‌پوشاند سنگ‌پوشه (regolith) گفته می‌شود.

سنگ‌پوشه از موادی ناهمگون تشکیل‌شده و شامل گردوغبار، خاک، سنگ‌ریزه، و دیگر مواد مربوطه که در کره زمین، ماه، مریخ، برخی سیارک‌ها و دیگر اجرام فضایی پیدا می‌شود، است.

تشکیل سنگ‌پوشه در کره زمین بیشتر بر اثر فرسایش و هوازدگی انجام می‌شود. به خاطر نبود یا کمبود جو در دیگر کرات، سنگ‌پوشه‌ها در کرات دیگر بیشتر براثر برخورد شهاب‌سنگ‌های ریز و هم‌چنین براثر تأثیرات تابش‌های کیهانی بر روی سطح کرات، تشکیل می‌شوند.

سطح کره ماه تقریباً به‌طور کامل از سنگ‌پوشه پوشیده شده است که خاک ماه نیز نامیده می‌شود. خاک ماه لایهٔ خاکستری نازکی در سطح ماه با عمق احتمالی چند متر است که از مواد خردشدهٔ کمابیش متراکم و سیمانی تشکیل‌شده است.

پژوهشگران آژانس فضایی اروپا با همکاری یک کمپانی استرالیایی به نام لیتوز (Lithoz) با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، نمونه‌ای از قطعات مختلف را با استفاده از عامل اتصال‌دهنده حساس به نور مخلوط با سنگ‌پوشه که خود از سیلیکون، آلومینیوم، کلسیم و اکسید آهن که گردوغبار دیده بود، تولید کردند. به‌جای گرم کردن مخلوط، آن را مانند چسب داغ، اکسترود کردند و سپس اجازه دادند تا آن‌ها سرد و سخت شوند. در اینجا از روش چاپ سه‌بعدی به‌جای لایه‌های بسیار نازک سنگ‌پوشه که در معرض نور هستند و سبب سخت و محکم شدن می‌شوند، استفاده کردند.

سپس اجزای آن در یک کوره پخته شدند تا مواد جامد سرامیکی را ایجاد کنند که این مواد نه‌تنها محکم هستند بلکه یک بافت سطحی صاف و یکنواخت نیز دارند.

اکستروژن یکی از روش‌های حجمی، برای تغییر شکل مواد به‌منظور کاهش ضخامت یا سطح مقطع آن‌ها است که درنتیجه آن، قطعاتی با سطح مقطع صاف و عمودی تولید می‌شوند. جهت انجام فرایند اکستروژن، ماده اولیه موردنظر، به درون قالب اکستروژن که سطح مقطع موردنظر روی آن ایجادشده‌ است، فشرده‌شده و درنتیجه، قطعه اکسترود شده با سطح مقطع قالب، تولید می‌شود. دو مزیت این فرایند، نسبت به دیگر روش‌های شکل‌دهی، قابلیت بالا در تولید قطعاتی با سطح مقطع پیچیده و همچنین شکل‌دهی مواد ترد و شکننده است، زیرا ماده در این روش، تنها تحت‌فشار و تنش برشی قرار می‌گیرد. این روش همچنین قطعاتی، با سطح مقطع بسیار باکیفیت و صاف ایجاد می‌کند و باعث استحکام بیشتر مواد می‌شود.  فرایند اکستروژن می‌تواند با مواد اولیه‌ سرد یا گرم انجام شوند.

گام بعدی آژانس فضایی اروپا، آزمایش استحکام و دوام این قطعات چاپ سه‌بعدی است تا دریابند که آیا آن‌ها می‌توانند در برابر سختی‌های سفر فضایی و زندگی در یک محیط دیگر دوام داشته باشند یا خیر.