阿肯色大学学生研发无需粘结剂的乐高式3D打印月球砖

要在月球上建立长期基地，建筑需能抵御宇宙辐射、微陨石和月震。地球上的建材并非不能使用，但航天器运载空间有限，每多一磅货物都会迅速推高成本。工程师多年来一直在试验让未来宇航员就地取材，包括细腻的月球尘埃，即月壤；不过大多数方案仍需要从地球运送各类粘结成分。阿肯色大学学生Cole McCallum与该校机械工程师Wan Shou合作，采用一种专门的3D打印方法，用月尘制成乐高式砖块，无需额外粘结剂。文章特别指出，这与乐高公司实际推出的月球砖模型不是同一回事。相关成果发表于《NPJ Advanced Manufacturing》，认为在人类准备重返月球之际，这类砖块或是值得继续研究的材料。月壤与地球土壤不同，不含有机物，是数十亿年来小行星和陨石撞击产生的松散、棱角锋利的颗粒，因此无法自行粘结，至少需要一些辅助成分。McCallum在本科阶段想到，激光粉末床熔融或许可以绕开这一限制：将细粉铺在平面粉末床上，再用高功率激光束把微观颗粒烧结在一起；托盘下降后再铺一层烧结粉末，如此反复，直至形成一块固体。月壤恰好适合这种方法。McCallum在一份大学介绍中说，粉末没有与其他物质粘结，而是月壤粉末自身相互结合。两人没有真正的月球样品，于是使用可模拟阿波罗宇航员在20世纪60至70年代采集月尘的商业材料——月球高地月壤模拟物（LHS-1）。他们最终选定两种形状，一种类似十字，另一种类似字母H，并3D打印出宽约几厘米的小型原型，可像乐高一样拼接成更大结构。这一烧结月壤方案仍有重要限制：与含粘结剂的材料相比，这些砖块孔隙明显更多、强度也更弱；还需要进一步研究该方法在真空或微重力环境中的表现，而这两者都是在月球上居住无法回避的障碍。McCallum表示，目前做成的结构可以自负其重，但眼下他不愿声称该工艺已能用于承载其他荷载。