阿肯色大学学生用月尘3D打印乐高式月壤砖

要在月球上建立永久基地，所需结构必须足够坚固，能够抵御宇宙辐射、微陨石乃至月震的侵袭。地球上有大量建筑材料可供选择，但它们都有一个难题：航天器上的运输和储存空间有限，而货物重量每增加一磅，成本就会迅速攀升。多年来，工程师们一直在尝试让未来的宇航员就地取材、利用月球本地原料的办法，其中包括被称为“月壤”的细密月尘。但不幸的是，大多数方案都需要各种粘合成分，而这些成分仍然必须从地球运送上去。

阿肯色大学（U of A）的一名大学生最近有了不同的想法。在与阿肯色大学机械工程师寿万（Wan Shou）的合作中，科尔·麦卡勒姆（Cole McCallum）利用一种特殊的3D打印方法，用月尘制造出了类似乐高积木的砖块，而且无需任何粘合剂。（不要将这些砖块与乐高公司推出的月球积木模型混为一谈。）他们的研究成果发表在期刊《NPJ Advanced Manufacturing》上，表明这种砖块可能是一种值得研究的材料，为人类重返月球做准备。

月壤是一种难以处理的材料。与地球上的泥土不同，它不含任何有机物质。它只是数十亿年来小行星和流星撞击产生的松散、边缘尖锐的颗粒。这意味着月尘无法自行粘结，至少需要一些辅助成分。

在阿肯色大学读本科期间，麦卡勒姆想知道一种名为激光粉末床熔融的特定3D打印技术能否提供变通方案。在这项技术中，细粉末被铺在一个平坦的平台上，然后用高功率激光束照射，通过一种称为烧结的工艺将每个微小颗粒熔合在一起。托盘平台下降，以便铺上另一层烧结粉末，然后重复这些步骤，直到形成一个单一的固体块。可以说，月壤完美契合这一工艺。

“它没有与其他任何东西粘结。月壤粉末是自身与自身粘结的，”麦卡勒姆在大学的一篇人物介绍中说道。

麦卡勒姆和寿万无法获得真正的月球材料，因此他们获取了月球高地月壤模拟物（LHS-1），这是一种商业材料，可以复现20世纪60年代和70年代阿波罗宇航员收集的月尘。他们最终确定了两种形状，一种类似十字形，另一种看起来像字母“H”。随后，研究人员3D打印了宽几厘米的小型原型，这些原型可以像乐高积木一样连接起来，构建更大的结构。

这种烧结月壤策略仍然存在一些重要的注意事项。麦卡勒姆的砖块比含有粘合剂的材料孔隙率更高、强度更低。还需要进一步研究，以了解该方法在真空或微重力环境下的表现，而这两者是月球生活无法回避的障碍。

“我们制造的这些结构可以自支撑。但我目前还不敢说我们的工艺可以用于承受其他载荷的东西，”麦卡勒姆说。

尽管如此，他证明了仅用月壤就能实现月球基地砖块的基本框架，这可能为任务工程师提供了一个有前景的方向。

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