Les recherches menées par des étudiants et des professeurs de l’Université de Virginie occidentale sur le fonctionnement de l’impression 3D dans un environnement en apesanteur visent à soutenir l’exploration et l’habitation à extensive terme sur des vaisseaux spatiaux, sur la Lune ou sur Mars.
Les missions prolongées dans l’espace nécessitent la fabrication de matériaux et d’équipements cruciaux sur spot, plutôt que de transporter ces éléments depuis la Terre. Les membres de l’équipe de recherche en microgravité ont déclaré qu’ils pensaient que l’impression 3D était le moyen d’y parvenir.
Les expériences récentes de l’équipe se sont concentrées sur la manière dont un environnement de microgravité en apesanteur affecte l’impression 3D à l’aide de mousse de titane, un matériau dont les programs potentielles vont du blocage des UV à la purification de l’eau. ACS Utilized Components and Interfaces a publié ses résultats.
« La recherche nous permet également de voir le rôle de la gravité dans la façon dont la mousse sort de la buse de l’imprimante 3D et se propage sur un substrat. Nous avons constaté des différences dans la forme du filament lorsqu’il est imprimé en microgravité par rapport à la gravité terrestre. Et en modifiant des variables supplémentaires Dans le processus d’impression, comme la vitesse d’écriture et la pression d’extrusion, nous sommes en mesure de brosser un tableau furthermore clair de la façon dont tous ces paramètres interagissent pour ajuster la forme du filament. »
Les co-auteurs de Cordonier comprennent Kyleigh Anderson, Ronan Butts, Ross O’Hara, Renee Garneau et Nathanael Wimer, étudiants de leading cycle actuels et anciens. John Kuhlman, professeur émérite, et Konstantinos Sierros, professeur agrégé et directeur associé de recherche au Département de génie mécanique et aérospatial ont également contribué à l’article.
Sierros supervise les études sur la mousse de titane de l’équipe de recherche en microgravité depuis 2016. Le travail se déroule désormais dans ses laboratoires de la WVU, mais nécessitait à l’origine de monter à bord d’un Boeing 727. Là, les étudiants ont imprimé des lignes de mousse sur des lames de verre pendant des périodes d’apesanteur de 20 secondes lorsque le jet était au sommet de sa trajectoire de vol parabolique.
« Le transport même d’un kilogramme de matériau dans l’espace coûte cher et le stockage est limité. Nous étudions donc ce que l’on appelle ‘l’utilisation des ressources in situ' », a déclaré Sierros. « Nous savons que la Lune contient des gisements de minéraux très similaires au dioxyde de titane utilisé pour fabriquer notre mousse. L’idée est donc que vous n’avez pas besoin de transporter du matériel d’ici vers l’espace, vehicle nous pouvons extraire ces ressources sur la Lune et imprimer l’équipement. c’est nécessaire pour une mission.
L’équipement nécessaire comprend des boucliers contre la lumière ultraviolette, qui constitue une menace pour les astronautes, les appareils électroniques et autres actifs spatiaux.
« Sur Terre, notre atmosphère bloque une partie importante de la lumière UV, mais pas la totalité, c’est pourquoi nous avons des coups de soleil », a déclaré Cordonier. « Dans l’espace ou sur la Lune, il n’y a rien pour l’atténuer à component votre combinaison spatiale ou le revêtement de votre vaisseau spatial ou de votre habitat. »
Pour mesurer l’efficacité de la mousse de titane à bloquer les ondes UV, « nous émettrions une lumière allant des longueurs d’onde ultraviolettes jusqu’au spectre de la lumière noticeable », a-t-il expliqué. « Nous avons mesuré la quantité de lumière qui traversait le film en mousse de titane que nous avions imprimé, la quantité réfléchie et la quantité absorbée par l’échantillon. Nous avons montré que le film bloquait presque toute la lumière UV frappant l’échantillon et que très peu de lumière seen passait. Même avec une épaisseur de seulement 200 microns, notre matériau est efficace pour bloquer les rayons UV.
Cordonier a déclaré que la mousse a également démontré des propriétés photocatalytiques, ce qui signifie qu’elle peut utiliser la lumière pour favoriser des réactions chimiques qui peuvent par exemple purifier l’air ou l’eau.
Butts, membre de l’équipe et étudiant de premier cycle à Wheeling, a mené des expériences de test d’angle de speak to pour analyser l’impact des changements de température sur l’énergie de surface area de la mousse. Butts a qualifié la recherche de « sort de défi différent que les étudiants ne sont pas toujours confrontés » et a déclaré qu’il appréciait particulièrement la composante engagement.
« Notre équipe fait beaucoup de sensibilisation auprès de jeunes étudiants comme les Scouts par le biais de la Merit Badge College de WVU. Nous pouvons leur montrer ce que nous faisons ici pour leur dire : ‘Hé, c’est quelque chose que vous pourriez faire aussi.’, ‘ », a déclaré Butts.
Selon Sierros, « Nous essayons d’intégrer la recherche dans les carrières des étudiants le moreover tôt feasible. Nous avons un sous-groupe d’étudiants qui s’occupe purement de matériel et qui fabriquent les imprimantes 3D. Nous avons des étudiants qui dirigent le développement de matériaux, l’automatisation et l’analyse de données. Les étudiants de leading cycle qui ont effectué ce travail avec le soutien de deux subventions très compétitives de la NASA et participent à l’ensemble du processus de recherche. Ils ont publié des articles scientifiques évalués par des pairs et présentés lors de conférences.
Garneau, une étudiante chercheuse de Winchester, en Virginie, a déclaré que son rêve était que leur imprimante 3D – conçue sur mesure pour être compacte et automatisée – fasse un voyage de six mois vers la Station spatiale internationale. Cela permettrait une surveillance furthermore approfondie du processus d’impression que ce qui était achievable pendant les chutes libres de 20 secondes.
« C’était une expérience incroyable », a déclaré Garneau. « C’était la première fois que je participais à un projet de recherche qui n’avait pas de résultats prédéterminés comme ce que j’ai vécu dans des cours basés sur la recherche. C’était vraiment gratifiant d’analyser les données et de tirer des conclusions qui n’étaient pas basées sur des attentes fixes..
« Notre approche peut contribuer à étendre l’exploration spatiale, en permettant aux astronautes d’utiliser les ressources dont ils disposent déjà sans nécessiter une mission de réapprovisionnement. »
