با این حال، هرچه بیشتر از این منابع فضایی در فرایند چاپ استفاده شود، خواص مکانیکی مواد چاپ شده نسبت به حالت زمینی تغییر میکند و این باعث بروز مشکلاتی در مقاومت کششی یا فشاری میشود. اما یک مقاله جدید از محققان دانشگاه کونکوردیا به مرحله ای جدید در میزان استفاده از خاک سطح ماه (ریگولیت) در ترکیب خوراک چاپ افزودنی رسیده است که امکان استفاده بیشتر از مواد محلی و صرفه جویی در هزینه های پرتاب را نسبت به همیشه افزایش داده است.
در این تحقیق، ریگولیت شبیه سازی شده ماه که ماده ای برای تقلید رفتار خاک سطح ماه است، با پلیاتر-اتر-کتون (PEEK) ترکیب شده است. PEEK یک ترموپلاستیک است که در چاپ سه بعدی به طور گسترده استفاده میشود، اما تلاشهای قبلی برای ترکیب آن با ریگولیت ماه با مشکلاتی مواجه شده بود. این مشکلات بیشتر مربوط به عملیات اکستروژن بود، چون ریگولیت از ذرات سخت و جداگانه تشکیل شده که باعث میشد در فرایند اکستروژن، ذرات گرد و غبار پخش شوند. همچنین، تخلخل ماده چاپ شده باعث کاهش مقاومت کششی و افزایش شکنندگی میشد.
تغییراتی در روش چاپ سه بعدی به نظر راه حل این مشکلات بود. مقاله به دو پیشرفت اصلی در فناوری اشاره میکند: یکی پیکربندی پیچ و دیگری نوع متفاوتی از «رافت» که برای چسباندن ماده چاپ شده به بستر چاپ استفاده میشود.
فرِیزر (یکی از پژوهشگران) توضیح میدهد که چرا منابع موجود روی ماه برای گسترش فعالیتهای ما در منظومه شمسی اهمیت زیادی دارند.
ترکیب ریگولیت شبیه سازی شده ماه (LRS) با PEEK کار پیچیده ای است، بنابراین تیم تحقیقاتی به سرپرستی محمد عزمی از دپارتمان مهندسی برق دانشگاه کونکوردیا، از پیکربندی جدیدی به نام «دوپیچ» استفاده کردند. در نمونه های قبلی، گشتاور بالا یکی از مشکلاتی بود که باعث محدودیت میزان ترکیب ریگولیت با PEEK به حدود ۳۰ درصد میشد. با پیکربندی جدید، توانستند غلظت ریگولیت را تا ۵۰ درصد افزایش دهند.
اما قطعات چاپ شده با این ترکیب دچار لایه لایه شدن و تغییر شکل شدند. این مشکل در چاپ خود PEEK هم دیده میشود، اما اضافه شدن ریگولیت آن را تشدید کرد. برای رفع این مشکل، محققان از «رافت» یعنی لایه واسطه ای برای اتصال چاپ به صفحه چاپ استفاده کردند. آنها از نوع متفاوتی از ترموپلاستیک به نام پلیاتر-کتون-کتون (PEKK) به عنوان رافت بهره بردند و سیستم چاپ دو نازل را به کار گرفتند، به طوری که PEKK با یک نازل و ترکیب LRS/PEEK با نازل دیگر چاپ شد.
پس از رسیدن به غلظت بالاتر ریگولیت و حل مشکلات لایه لایه شدن و تغییر شکل، نمونه ها تحت عملیات آنیل (پخت آرام) قرار گرفتند. این فرایند تا حدی خواص مکانیکی چاپ را بهبود بخشید، اما فقط تا یک حد مشخص. در غلظتهای بالاتر ریگولیت، اثرات مثبت آنیل کاهش یافت، چرا که ذرات ریگولیت زیاد باعث شکست در زنجیره های پلیمری PEEK میشدند که بهره مند از آنیل هستند.
فرِیزر در ادامه میگوید که به همین دلیل چاپ سه بعدی اهمیت زیادی در اکتشافات فضایی دارد.
مانند همه مقالات معتبر درباره چاپ سه بعدی مواد جدید، نویسندگان خواص مکانیکی محصول نهایی را بررسی کردند. آنها مشاهده کردند که صلبیت ماده افزایش یافته، اما مقاومت کششی به طور پیوسته کاهش داشته که این موضوع در غلظتهای بالاتر LRS بیشتر دیده میشود. همچنین «دامنه کشسانی در شکست» (یعنی شکنندگی) کاهش یافته بود. در نهایت، محققان بهترین تناسب را برای استفاده بهینه از مواد محلی ترکیب ۶۰ درصد PEEK و ۴۰ درصد ریگولیت یافتند، چرا که این ترکیب بدون کاهش جدی خواص مکانیکی، بیشترین استفاده از منابع محلی را ممکن میکند.
قطعا هنوز جای پیشرفت زیادی وجود دارد، چون این آزمایشات در مراحل اولیه هستند. در آینده، محققان قصد دارند ترکیب LRS با پلیمرهای مختلف را بررسی کرده و آزمایشات و تولیدات خود را در شرایط محیط شبیه سازی شده ماه مثل خلا و کاهش گرانش بیشتر انجام دهند. هنوز زمان زیادی تا استفاده گسترده چاپ سه بعدی در ساخت وسازهای ماه باقی است، اما این گامهای اولیه آزمایشی راه را به سوی آن آینده هموار میکند.
