未来月球栖息地一种3D打印钢原型

　　近十年来，多个航天机构和商业航天机构将把我们带回月球。但与阿波罗时代不同的是，这些计划的目标不是＂足迹和旗帜＂，而是建立必要的基础设施以继续前进。特别是，NASA、ESA、Roscosmos 和中国都在计划建立前哨基地，以便进行科学研究和人类持续存在。
　　欧空局目前正在威尼斯威尼斯双年展博物馆举办的第 17 届年度建筑展上展示其前哨基地的样子，它被称为国际月球村，该项目由建筑公司 Skidmore, Owings & Merrill (SOM) 在欧洲航天局的技术支持下设计。同一家公司最近推出了骨骼金属部件的原型，有朝一日将成为村庄月球栖息地的一部分。
　　该组件由 MX3D 制造，MX3D 是一家总部位于阿姆斯特丹的 3D 打印架构和设计公司，专门从事电弧增材制造 (WAAM)。该过程涉及将金属线与激光融合以制造具有高结构强度的轻质金属物体。该公司以创建横跨阿姆斯特丹 Oudezijds Achterburgwal 运河的 3D 打印金属桥而闻名。
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　　骨架、光滑的网状图案将成为每个栖息地的地板的一部分，这些栖息地共同构成了欧空局的国际月球村。该原型是使用 308LSi 不锈钢机器人 3D 打印机在大约 10 天（246 小时）内建造，直径为 4.5 m（~15 英尺），总质量约为 395 kg（超过 870 磅） ）。
　　正如ESA高级制造工程师 Advenit Makaya所说：＂这是 MX3D 的一项了不起的成就，进一步凸显了这种增材制造技术在不断扩大的空间应用范围中的潜力。设计灵活性和将打印结构与嵌入式监控系统相结合的可能性——如阿姆斯特丹的 3D 打印桥梁所展示一样，值得将其应用到空间结构的建造。这种技术也可以考虑用于可持续勘探任务期间的原位基础设施建设，例如通过使用来自当地可用风化层的金属原料。＂
　　地板组件由六个独立的部分组成，这些部分在焊接在一起之前是垂直打印的。当与 SOM 的四层半充气栖息地设计相结合时，3D 打印结构将由三根柱子支撑，并由一系列地板覆盖。不幸的是，SOM 无法将其作为展览的一部分——名为＂地球之外的生命＂——但设法传达了他们正在开发的月球栖息地的规模。
　　SOM 的研究高级设计师 Daniel Inocente 说：＂创新的地板设计由栖息地墙壁中的柱子支撑，悬臂朝向周边和中心。我们查看了制造限制，并使用我们的分析来插入遵循 3D 打印机角度限制的幅材图案。还对横截面和厚度进行了分析和区分，以减少整体质量——减少外部/内部边界的厚度。＂
　　地板和制造过程与 SOM 的栖息地设计一致，该设计要求使用四层半充气外壳共同打造国际月球村。每个半充气壳结构有四层楼高，并提供尽可能高的体积质量比。一旦在月球表面膨胀，这些栖息地中的每一个都将使其原始内部体积大约增加一倍。
　　该模块的充气设计允许它在运输时被压缩，然后在部署到月球表面后充气至其全尺寸。但与以前的充气设计不同，结构和机械系统通常位于中心，SOM 的设计允许开放的内部空间，优化生活体验。除了展示拟议的月球栖息地中的一个关键组成部分外，地板元素还展示了所涉及的 3D 打印方法的有效性。
　　MX3D 首席执行官 Gijs van der Velden 解释：＂这是一个很好的机会，可以展示我们的技术与 ESA 和 SOM 一起制造轻质金属结构的潜力。 对于 MX3D 来说，利用其在打印拓扑优化金属结构方面的经验是一个完美的项目。实现材料的最佳使用是 MX3D 的公司目标，因为就像在设计空间应用时一样，MX3D 设计中每减少一公斤都是项目可行性的直接胜利。＂
　　未来月球栖息地：3D 打印钢原型
　　ESA 材料与工艺团队负责人 Thomas Rohr 介绍：＂MX3D 的功能展示了工程和艺术的鼓舞人心的共存，并且是增材制造已经进入我们社会的另一个很好的例子。＂＂对于空间应用，此类技术不仅可以提高性能，还可以带来前所未有的可行设计解决方案。＂
　　国际月球村项目是由欧空局发起并与杰弗里·A·霍夫曼（Jeffrey A. Hoffman）——前美国宇航局宇航员和麻省理工学院航空航天学教授合作开发的一项多学科努力。同样，该项目也符合 2021 建筑双年展的主题——＂我们将如何生活在一起？＂ – 来自 46 个国家的 112 名参赛者参加了比赛。
　　本次展览旨在促进共存和可持续发展的理念，以应对全球问题。国际月球村展览旨在展示与太空相关的研究和太空居住解决方案如何在地球上得到应用。与所有在月球上建立人类存在的计划一样，设计的关键是原位资源利用 (ISRU) 和可持续性。
　　例如，欧空局计划在月球的南极地区部署月球村——又名南极-艾特肯盆地。在标志着该地区的永久阴影陨石坑中，有大量的水冰可以收获并用于饮用水、灌溉以及氧气和火箭燃料的制造。此外，可以通过在火山口边缘周围部署太阳能电池阵列来提供电力，这些太阳能电池阵列暴露在近乎连续的日光下。
　　这种安排允许一定程度的资源自给自足，减少从地球进行补给任务的需要，从而降低总体成本。作为一种制造手段，3D 金属打印也非常高效，并且比传统机械加工浪费的材料少得多。这些技术将在家里有类似的应用，促进可持续的生活解决方案，以减少我们对自然环境的影响。