月面土壌を模した3Dプリント！月面でのその場印刷の実現も期待！

この投稿はCoco Bearによって2022-2-22 11:45に最後に編集されました。

月面土壌を模した3Dプリント！月面でのその場印刷の実現も期待！ 21世紀以降、さまざまな国が数多くの月面探査や着陸活動を実施し、将来の月面基地の開発を計画してきましたが、その中で月面基地の建設は重要な要素となっています。 1980年代にNASAが初めて「その場資源利用（ISRU）」プログラムを提案し、実施を開始しました。その後、欧州宇宙機関（ ESA ）や中国のいくつかの大学や研究機関も、月面施設のその場製造技術分野で段階的に成果を上げました。
中国宇宙科学院銭学森宇宙技術研究室の研究者らは、 CUG-1A模擬月面土壌を原料としてレーザー溶融成形（ SLM ）原理試験システムを構築し、従来の環境プロセスパラメータに関する予備試験を実施した。
結果は、レーザー出力とスキャン速度がレーザー溶融の深さと直径に影響を与え、月面土壌レーザー溶融成形をシミュレートするための重要なプロセスパラメータであることを示しています。シミュレートされた月面土壌溶融成形プロセスは、穴や球状化などの典型的な欠陥が発生しやすいため、月面土壌レーザーの相変化メカニズムと上記の成形プロセスパラメータをさらに分析して最適化する必要があります。
材料
この実験で使用した模擬月土壌はCUG-1Aです。模擬月土壌のX線エネルギー分光計（ EDS ）による試験で得られた主な元素含有量を図に示します。デバイス
実験者は、下図に示すように、模擬月面土壌レーザー溶融成形プロセス試験装置を自ら構築しました。この装置は主に、レーザー、2次元平面運動ブラケット、模擬月面土壌サンプルるつぼ容器で構成されています。レーザーの焦点スポット径は約1.5mm、出力波長は940nmです。模擬月の土壌は、振動圧縮法を用いてるつぼ容器に入れられ、粉末の厚さは10 mmになります。実験では、レーザー出力10W 、 20W 、 30W 、 40W 、 50W 、レーザー走査速度0.625mm/s 、 1mm/sで、月面土壌の溶融および形成を模擬した試験を実施しました。成形部品の平均幅と厚さは、レーザー溶融直径と溶融深さを特徴付けるためにノギスで複数回測定して取得されました。
結果と考察
異なる出力とスキャン速度の条件下での溶融直径を下図に示します。比較的小さいレーザー出力（ 10W ）の条件下では、模擬月土壌が部分溶融成形を達成できることが分かります。模擬月土壌のレーザー溶融直径は、レーザー出力の増加とスキャン速度の低下とともに増加します。低出力と高速スキャンは、模擬月土壌溶融プロセスの熱影響部を効果的に低減することができ、高精度成形にとって重要な参照役割を果たします。
異なる出力電力とスキャン速度条件下での溶融深さを下図に示します。
シミュレートされた月の土壌レーザー溶融直径の変化法則と同様に、シミュレートされた月の土壌レーザー溶融深度は、レーザー出力の増加とレーザー走査速度の低下とともに増加します。
模擬月面土壌レーザー溶融成形サンプルの典型的な欠陥特性を下図に示します。
結論と展望
1 ) 月の土壌の粒状材料の特性、例えば不規則な形状、複雑なグラデーション関係、複数の成分などは、月の土壌の3Dプリントに大きな課題をもたらします。
2 )既存の月面土壌レーザー3Dプリント成形プロセスで作成された模擬月面土壌成形部品には、一般的に気孔や亀裂などの欠陥があるため、成形プロセス方法と具体的なパラメータをさらに研究する必要があります。
3 ) 与えられたレーザー出力波長と集光スポット径の条件下では、レーザー出力とスキャン速度はレーザー溶融径と溶融深度に直接影響します。レーザー出力密度が高く、スキャン速度が低い成形戦略では、レーザー溶融径と溶融深度が大きくなります。レーザーエネルギーの蓄積が過剰になると、成形プロセスでブレークダウンホール欠陥が発生しやすくなります。
今後は、成形プロセスパラメータの選択範囲を拡大し、模擬月面土壌レーザー溶融プロセスのメカニズムと典型的な月面環境の模擬試験の研究を強化し、月面土壌レーザー3Dプリント技術の開発と応用をより良くサポートする必要があります。
注：この記事の内容は若干調整されています。必要に応じて原文をご覧ください。
原文より改変：Wang Chao 、 Zhang Guang 、 Lü Xiaochen 、 Yao Wei 。模擬月面土壌レーザー溶融成形のプロセスパラメータに関する予備的研究[J]。宇宙船環境工学、2021、38（05）：575-580。

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