3D打印輕量化月球建筑地板,，MX3D開啟可持續(xù)太空探索任務

導讀：2021年9月2日，南極熊獲悉,，荷蘭的機器人金屬3D打印公司MX3D已經(jīng)為歐洲航天局（ESA）的月球定居點原型建造了一種基于新型材料的高效"骨架地板",。

通過將劃線應力圖分析與3D打印相結(jié)合，MX3D公司建造出一個超輕的鋼結(jié)構(gòu),，該結(jié)構(gòu)具有光滑的網(wǎng)狀設計,，質(zhì)量減少到395公斤。據(jù)歐空局工程師Advenit Makaya表示,，這種結(jié)構(gòu)的制造成功顯示了MX3D技術的效率和在月球開展建筑作業(yè)的潛力,，未來它還有可能應用于雷石結(jié)構(gòu)的建造。

Makaya說："這是MX3D的一個了不起的成就,，它進一步突出了這種增材制造技術在越來越廣泛的空間應用中的潛力,。"設計的靈活性，以及將印刷結(jié)構(gòu)與嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合的可能性,，都值得研究在空間結(jié)構(gòu)中的應用,。這種技術也可以考慮在可持續(xù)的探索任務中用于基礎設施的原地建設，通過使用從當?shù)乜捎玫睦资�中提取的金屬原料�?

△MX3D公司重達495公斤的不銹鋼3D打印月球地板,。照片來自ESA

輕量化的 "骨骼"設計

MX3D的地板是為建筑公司SkidmoreOwings and Merrill（SOM）正在開發(fā)的四層歐空局月球棲息地原型而建造的,，它經(jīng)過了拓撲優(yōu)化，以盡可能地節(jié)省材料,。在實際建造中,，該結(jié)構(gòu)是使用MX3D公司專有的WAAM技術3D打印成六個垂直部分，然后再焊接成一個有凝聚力的下部結(jié)構(gòu),。

在三根柱子的支撐下,，地板上的一系列面板形成了一個 "網(wǎng)狀"，能夠作為一個支撐結(jié)構(gòu),，而不需要填充,，同時其整體設計向周邊和中心傾斜，允許這些區(qū)域以較小的厚度進行3D打印,，但不以內(nèi)聚力或完整性為代價,。

SOM負責該項目的高級設計師DanielInocente解釋說："我們研究了制造方面的限制，并利用我們的分析來插值一個遵循3D打印機器角度限制的網(wǎng)絡模式,。截面和厚度也進行了分析和區(qū)分,，以減少整體質(zhì)量，即在外部/內(nèi)部的邊界處減少厚度,。"

這塊308LSi不銹鋼地板花了大約246個小時建造方才完成,，一旦拼接起來,，它的寬度大約為4.5米。最終,，這套建筑結(jié)構(gòu)未能按計劃作為SOM的 "地球以外的生命 "威尼斯雙年展的一部分,。不過據(jù)MX3D首席執(zhí)行官Gijs van der Velden稱，該項目仍然證明了其技術的輕量化潛力,。

van der Velden總結(jié)道："這是一個完美的項目,，MX3D可以利用其在打印拓撲優(yōu)化的金屬結(jié)構(gòu)方面的經(jīng)驗。實現(xiàn)材料的最佳使用是MX3D的一個公司目標,，因為就像在設計太空應用時一樣,，MX3D設計中每減少一公斤都是對項目可行性的直接勝利。"

△利用劃定的應力圖分析和拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，該地板的設計相較于以前明顯變輕,。圖片來自歐空局

MX3D的建筑專長

這款結(jié)構(gòu)的制作是圍繞著Metal XL軟件（MX3D的首個專門用于機器人WAAM的軟件）完成的，以及安裝在ABB機器上的打印機,，這使得MX3D公司的工藝能夠建造定制的大型建筑,。最近，該公司還開始用M1 3D打印機制造自己的系統(tǒng),，這套打印機最近獲得了225萬歐元的現(xiàn)金注入,，以資助其進一步的研發(fā)和發(fā)布。

自2015年推出以來,，MX3D公司已經(jīng)穩(wěn)步擴大了其技術的應用范圍,，從2016年的第一輛3D打印"Arc "自行車，到2019年的鋼橋連接器,，據(jù)說已經(jīng)引起了建筑公司的極大興趣,。

利用其獨特的WAAM方法，MX3D公司也開始建造橋梁,，并于2021年6月在阿姆斯特丹的OudezijdsAchterburgwal運河公布了其第一個這樣的12米長的結(jié)構(gòu),。通過與中船重工、倫敦帝國學院和阿蘭-圖靈研究所合作,，MX3D已經(jīng)能夠?qū)�傳感器納入建設中,，從而能夠收集數(shù)據(jù)以創(chuàng)建數(shù)字化孿生結(jié)構(gòu)。

當時,，van der Velden聲稱,，這座橋只是他們公司技術大放異彩的小片頭曲。在最近的航空航天項目取得成功之后,，歐空局的材料和工藝負責人Thomas Rohr認識到了到了MX3D以機器人為主導的技術向前發(fā)展的航天潛力,。

羅爾總結(jié)說："MX3D的能力展示了工程和藝術的鼓舞人心的一致性，并且是另一個偉大的例子,，說明AM已經(jīng)進入我們的社會,。對于空間應用來說,，這種技術不僅提供了性能上的改進，而且可以帶來前所未有的和有利的設計解決方案,。

地外空間的3D打印

MX3D的3D打印技術無疑顯示出越來越強的可擴展性,，但它并不是第一個被用于在地外空間建造房屋的技術。例如,，總部位于德克薩斯州的ICON公司被美國國家航空航天局委以重任，負責開發(fā)一個外太空建筑系統(tǒng),，該系統(tǒng)能夠只用月球上的石膏來建造一個永久性的月球基地,。

最近，ICON公司還與美國國家航空航天局簽訂了合同,，以3D打印一個火星棲息地,，準確地再現(xiàn)宇航員在訪問火星表面時將經(jīng)歷的條件。從明年開始,，該結(jié)構(gòu)將容納一個為期三年的NASA實地測試,，測試其營養(yǎng)系統(tǒng)的功效，以及長期暴露在紅色星球上的身體和行為的影響,。

同時,，在美國之外，不倫瑞克技術大學和漢諾威激光中心（LZH）的科學家們首次成功地在零重力條件下3D打印月球巖石,。該團隊安裝在漫游車上的激光器將月塵熔化成月球結(jié)構(gòu),，使飛行人員不必將沉重的貨物從地球運到月球表面。