佛罗里达国际大学：3D打印模拟月壤，测试月球建设的可行性

自 1972 年以来，美国宇航局渴望使用创新技术帮助月球'漫步者'能够更好地探索月球表面多年来，NASA 一直在通过资助提倡以学生为主导的研究和技术开发项目来促进创新。2023年4月，南极熊获悉，来自佛罗里达国际大学一名研究生 Brandon Aguiar 正在研究可能成为星际工程支柱的材料。


△Brandon Alexander Aguiar

在佛罗里达国际大学(FIU)，每年都有许多学生在 NASA 实习，宇航员在佛罗里达群岛的一处基地接受训练。早在 2019 年，该机构就向 FIU 的二维光电研究和教育中心(CRE2DO) 拨款 300 万美元，用于研究创造能够承受太空极端环境的材料。后来，FIU又收到了至少800万美元的赠款，以增加 NASA 和国家科学基金会(NSF)尖端研究的多样性和包容性。

在 FIU 的实验室，研究者们正在对空间弹性基础设施材料、通信设备和小型卫星技术进行研究。2023年4月，FIU 透露其一名研究生 Brandon Aguiar 正在研究可能成为星际工程支柱的材料。

作为 FIU 等离子形成实验室的研究生研究助理，Aguiar 说他花了很多深夜，做了无数实验来推进 3D 打印技术，用月球风化层创造出耐用的结构，包括复杂的立方体、实心矩形、格子结构，以及带有拱门和月球栖息地比例模型。


△3D 打印的月球风化层几何形状（a）复杂的立方体，（b）FIU 标志，（c）月球栖息地，（d）实心矩形。

为了帮助开发可持续的月球基础设施，Aguiar 和许多其他研究人员一样认为，就地资源利用(ISRU) 是人类未来和太空生存的关键。Aguiar 使用了 NASA 提供的一种名为Greenland Anorthosite的月球风化层模拟物，类似于美国太空探索早期从月球上收集的岩石。

●首先，将风化层材料与Tethon 3D的光固化热固性聚合物树脂混合，形成浆料。
●其次，使用Tethon 3D 的Bison 1000 DLP打印机进行 3D 打印（数字光处理），形成错综复杂的几何形状。
●最后，将打印件进行脱脂。

2022年2月，Aguiar 和其他研究人员在《国际陶瓷》杂志上发表了他们的工作成果。论文“使用数字光处理通过增材制造对月球高地风化层进行原位资源利用”指出，打印并烧结了几个尺寸精度高的样品，没有变形迹象。

如今，还没有对3D打印Greenland Anorthosite月球风化层部分进行研究。该材料随温度变化的可能性较低，也就是说由Greenland风化层建造的结构能够持续暴露于月球温度范围（从最冷到最热）。目前，Aguiar 将继续对此次3D打印的物体进行环境能力测试，包括辐射、小行星和温度波动。

Aguiar 在 FIU 等离子形成实验室的工程专家指导下工作，并在 FIU 特聘教授 Arvind Agarwal 的指导下，追随 FIU 博士生 Kazue Orikasa 的脚步，他现在正在研究如何使用塑料材料来保护太空技术。Orikasa 最近获得了NASA 空间技术研究生研究机会(NSTGRO) 奖学金，为 Aguiar 的 3D 打印月球风化层材料项目奠定了基础。与 Aguiar 一样，Kazue 也在 Agarwal 的指导下在 FIU 等离子体成形实验室工作，现在正与 NASA 的领先工程师和科学家合作开发一维和二维材料-聚合物复合材料，以提高材料的机械、热和辐射屏蔽性能。


△Brendan Aguiar 在材料研究协会 (MRS) 会议上进行展示。

随着 Artemis 任务的临近，美国宇航局重新点燃了人们对月球探索的兴趣，并激励下一代科学家进行创新！