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月尘制造:Lithoz 3D打印机为月球空间站生产工具

这是科幻小说吗?肯定不是!在月球上建造家园已经不是一个大胆的设想,这在很大程度上要归功于国际阿尔忒弥斯计划,该计划的目标是让人类重返月球。位于维也纳的Lithoz GmbH公司是工业陶瓷增材制造领域的专家,在欧洲航天局(ESA)的一个项目中,该公司负责研究如何使用3D打印技术现场制造由月尘构成的工具和结构材料。材料通过ZwickRoell试验机进行测试。

“但凡人能想象到的事物,必定有人能将它实现。”(摘自:《八十天环游地球》,儒勒·凡尔纳)

海景房或山中别墅:有谁不梦想着这些?那么,月球上的房子怎么样?能从此俯瞰地球、飞向太空并遥望银河系。听起来如同科幻电影或科幻小说中的场景一般,研究人员、科学家以及国际航天机构已对此进行了相当长一段时间的研究,目前正在进行的阿尔忒弥斯登月任务就是这样的场景。任务愿景:在月球上建造一个短期或长期使用的太空基地。任务目标:从那里进入更远的太空,再到火星,继续探索我们的太阳系,甚至追踪和探索全新的未知星系...
为了能向这一目标迈进一大步,专家们认为,从长远来看,建造月球空间站是必要而且是必须的。这个前哨基地已经出现在许多科幻影片中,它可以大大缩短从地球到月球这一漫长而又昂贵的运输路线。

ISRU原则:原位资源利用

解决方案:月球风化层,即月尘。由于月球上存在着大量的这种物质,根据ISRU原则(原位资源利用),可以就地将其用作生产月球基地所需建筑材料、工具甚至装置的原材料。ISRU在太空探索中的目的是收集可用的资源/原材料,然后进行加工处理,用其替代原本必须取自地球的材料。
欧洲航天局(ESA)正在进行一个计划,即,使用3D打印技术建造整个月球空间站。简单来说,就是只需要在月球上安装3D打印机,便可打印出必要的材料和工具。为此,车辆将收集月尘,然后向其中添加一些其他物质,这样就应该能够用其进行打印。还有一种优势:根据专家估计,用于3D打印的基础材料所需原材料仅占百分之一,这在降低成本方面也是有利的。

真实月尘不可用 - 使用合成材料进行试验

Lithoz GmbH公司位于维也纳,自2011年成立以来已成为高级陶瓷增材制造系统领域的专家和全球市场领导者,目前该公司正在其月尘项目中解决这一特殊问题。Lithoz GmbH公司的创始人兼现任高管Johannes Benedikt和Johannes Homa均毕业于维也纳工业大学(TU),他们正带领着材料工程师和材料试验员研究一种通过3D打印机用合成月尘生产工具和易磨损件的工艺,并测试这些材料的性能。
尽管在之前的探月任务中已经获得了大约400公斤的月球岩石,但因其暴露于地球的空气和湿气中而具有诸多化学反应性,所以现在无法用于当前的实验。
科学家们通过合成的陆源物质制造出了所谓的月球风化层模拟物,这些模拟物的化学特性、机械特性和工程特性与真实月尘的对应特性类似。在欧洲航天局(ESA)的LUPIN研究过程中,Lithoz GmbH公司研发出一种利用光刻打印技术处理风化层的方法。在LCM 3D打印中,含有光敏有机粘合剂的陶瓷浆料以像素级精度逐层暴露于蓝光之下,在适当的位置硬化,从而产生具有完美机械强度的绿色陶瓷零件,以供进一步处理。
Homa公开表示:“如果您重视产品质量,我们的LCM领先技术是陶瓷LCM 3D打印的黄金标准。”

使用压缩试验和3点弯曲试验测试月尘的稳定性

如果未来将在月球上使用Lithoz 3D打印技术产生各种部件,试验机制造商ZwickRoell也将参与到该项目中来,并为项目的成功贡献一份力量。原因:在试验机研发、材料测试和工艺开发(也就是公司能够发展壮大至如今规模的主要因素)方面,两位创始人Benedikt和Homa早在维也纳工业大学就读期间便已用过ZwickRoell试验机。“我们在大学里迈出了3D打印的第一步。因此,我们非常了解并赞赏ZwickRoell试验机的可靠性和精度”,Lithoz GmbH公司首席技术官Johannes Benedikt这样说道。
最后一点也是同样重要的一点,根据Lithoz GmbH的合同,ZwickRoell(位于乌尔姆)的材料工程师于十一月测试了之前在维也纳测试过的月尘试样,确定它们是否适合用作太空工具或建筑材料的基础材料,因为如果在月球上有什么东西坏掉了,停下来跑到商店去购买替代品并不现实。
“在这种情况下进行后续试验确实非常有用,有助于我们不断改进工艺”,首席执行官Homa解释道。为期两天的试验包括压缩试验和3点弯曲试验。“对我们来说,用风化层进行的材料试验是一种新奇的尝试,但是我们能够根据客户的特殊要求很好地完成这些试验”,负责月尘项目中试样试验的首席ZwickRoell材料工程师Tobias Ebner总结道。随后,他又补充说:“材料是否以及在多大程度上适合用于建造月球空间站,或者是否必须对材料进行调整,这些测试结果的评估现在均由我们的客户来决定。”
目前,由Lithoz GmbH公司进行的为期两天的质量测试结果与发现正在分析中,相关数据和内容将与欧洲航天局(ESA)进行讨论,
然后予以公布。

“我们在科学界小有名气”

Lithoz GmbH公司在陶瓷3D打印领域迅速崛起,其独特之处在于采用特殊的三合一策略,这种策略带来的成果可能很快就会在太空中听到,或者更准确地说是在太空中看到:无论是基础研究、应用研究,还是工业用途的即用型产品和畅销型产品开发,Lithoz GmbH公司都通过量身定制的解决方案来提供全面的3D打印专业知识。这也是ESA(欧洲航天局)成为合作伙伴之一并与这家奥地利公司密切合作的原因之一。此外,首席执行官Johannes Homa表示,两位高管的大学背景使他们与科学界保持密切联系,其公司也具有一定的知名度。尽管创业成功,但Lithoz GmbH公司的工作也并非完全独立完成;尽管发展壮大,但仍继续专注于脚踏实地:该公司拥有超过135名员工,主要在维也纳总部从事生产和开发,而且还依赖于与研究、科学和工业领域专家的密切合作。

突破可能的界限,进入全新领域

据Lithoz首席执行官Homa所言,在建造月球空间站之前,还需要建造几个Solar Orbiter太阳轨道探测器。他强调,通往月球的道路并非坦途,但也已经完成规划并予以实施。因此,在月球上建造基地空间站只是时间问题。Lithoz GmbH公司正在履行它的使命,提供最高质量的陶瓷制造打印技术,并不断拓宽陶瓷发展领域范围。“我们想为人类探索未知星系和探知全新世界做出贡献”,这位陶瓷专家解释公司愿景时说道。
“月球空间站的建造将是太空旅行的重要一步,也是人类的一个里程碑。这段旅程与发展道路令人神往,我们Lithoz GmbH公司已经准备好迈入其中。”随后,Benedikt又补充说:“飞往月球的任何人都离不开我们。作为可靠合作伙伴,ZwickRoell为我们提供了非常重要的数据库,为这项伟大任务提供了关键见解。在ZwickRoell的帮助下,我们已向前迈出了一大步。我们希望能够实现真正意义上的手可摘星辰,利用我们的专业知识让想象成为可能,在太空中大展拳脚。”

用于月尘试验的产品

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