火星の3Dプリンター機器の答えは、赤い惑星の塵の中にあるかもしれない

科学者たちは、将来の宇宙飛行士が宇宙で工具やロケットの部品を印刷する方法を研究するために、強力なチタン合金と少量の模擬火星レゴリスを3Dプリンターに投入したと主張している。

宇宙に何かを送るには多額の費用がかかる。今夏、国際応用セラミック技術ジャーナルに掲載された研究によると、NASAはスペースシャトルを使って地球周回軌道に何かを投入するだけで、1キログラムあたり約5万4000ドルの費用を負担している。一方、スペースXは200キログラムのペイロードを打ち上げるのに120万ドルからという価格を提示している。

米国のワシントン州立大学（WSU）が率いる研究者チームは、物体を地球から空輸するのではなく宇宙で直接3Dプリントすることができれば打ち上げコストを削減できると考えている。

「宇宙では、有人ミッションを考えるなら3Dプリントは必須です。なぜなら、ここから全てを運ぶことは不可能だからです」と、ワシントン州立大学機械材料工学部の教授で、この研究の共著者でもあるアミット・バンディオパディアイ氏は火曜日の声明で述べた。「もし何かを忘れたら、取りに戻ることはできません。」

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理想的には、将来の宇宙飛行士は月や火星で3Dプリントに必要なすべての材料を入手できるようになるでしょう。そこで研究者たちは、火星のレゴリスを使って3Dプリンターで有用な材料を作れるかどうかを検証したいと考えました。

そのために、彼らはまず、火星に存在する酸化アルミニウム、シリカ、酸化鉄、酸化カルシウムの組み合わせを模倣した物質を鋳造し、それをチタン合金粉末と混合した。その後、この材料を3Dプリンターのレーザーで溶融し、層ごとに堆積させて新たな物体を形成した。

印刷された物体が冷却した後、研究者らはそのさまざまな物理的特性をテストし、チタン合金単独よりも強度が高いことを発見した。

「金属にセラミックを加えると複合材料と呼ばれます」とバンディオパディアイ氏は今週、レジスター紙に語った。

セラミックを加えると、材料の硬度が上がり、強度が向上します。レゴリスは主にセラミック材料であるため、火星のレゴリスを加えることでチタン金属の強度が向上します。 

この複合材料は高温に耐えるほど強度が高く、エンジン部品などへの応用が期待されています。しかし、模擬火星塵の濃度を高めると、複合材料は脆くなりました。模擬レゴリスをわずか5%加えた複合材料は強度が優れていましたが、100%では簡単に割れてしまいました。

この材料は有望に思えるが、火星で 3D プリンターを操作しようとすると、別の困難が生じる。

「地球には重力があります。火星では違います。ですから、何かを印刷するには、通常の3Dプリントではなく、火星の環境を考慮する必要があります。幸いなことに、3Dプリント技術は大きく進歩しており、月や火星の表面で印刷できるようになる日もそう遠くありません。これらのシステムを動かすには、太陽エネルギーを捉える必要があります」とバンディオパディアイ氏は語った。 

彼は将来、様々な金属とレゴリスの混合物を使って、より多くの部品を3Dプリントしたいと考えています。バンディオパディアイ氏は、今回の実験は月や火星の材料を使った3Dプリントが可能であることを示していると述べました。それが現実になるかどうかは、時が経てばわかるでしょう。®