ABS rinforzato con fibra di basalto: i ricercatori sviluppano un composito termoplastico per l’uso nello spazio
Nella recente pubblicazione ‘ Proprietà Sviluppo e meccaniche di basalto rinforzata con fibra di acrilonitrile-butadiene-stirene per applicazioni in spazio di produzione,’ abbiamo ulteriori informazioni su materiali necessari per la costruzione nello spazio; per esempio, un habitat su Marte sarebbe molto probabilmente costruito da una combinazione di materiali provenienti dalla Terra e da ciò che si trova naturalmente lì, tagliando le spese in modo esponenziale.
Man mano che la tecnologia avanza, ci rendiamo conto che i viaggi nello spazio e la colonizzazione significheranno misure estreme nella sostenibilità. Mentre la realtà di una missione della NASA su Marte si profila, ci sono anni di preparazione, insieme a enormi sforzi di ricerca e sviluppo necessari per capire la logistica e innumerevoli dettagli. La scienza dei materiali si occuperà principalmente di quanto sia cruciale per aree come la manutenzione degli aerei e altro, ma anche la colonizzazione.
I ricercatori elencano le caratteristiche più importanti per il materiale spaziale:
Forza
rigidezza
Resistenza all’impatto
Capacità di proteggere dalle radiazioni
Per il prossimo futuro, il team di ricerca ha deciso di sviluppare e testare un composito termoplastico, mescolando sia acrilonitrile butadiene stirene (ABS) e basalto per i test presso l’ Additive Manufacturing Facility presso la Stazione Spaziale Internazionale . Durante questo studio, una delle considerazioni principali è stata la spesa per il trasporto di materiali, portando a una forte attenzione sulla quantità di materiale locale disponibile e che potrebbe essere utilizzato.
“L’alternativa più ragionevole è quella di utilizzare il maggior numero possibile di materiale disponibile localmente insieme a tutti i rifiuti riciclabili delle missioni di carico, come i materiali di imballaggio”, hanno affermato i ricercatori. “Questo è diverso dal tradizionale design del materiale composito, in cui esiste un’ottimizzazione tra la quantità di materiale fibroso di rinforzo che rafforza il materiale e il costo dei materiali fibrosi.”
La stampa 3D nello spazio è passata da un concetto a una realtà poiché gli astronauti hanno fabbricato oggetti di prova, strumenti e altro presso l’ISS. I campioni di prova rinviati sulla Terra sono stati esaminati e valutati con successo, con una stampante 3D ora installata permanentemente presso l’ISS.
Nell’esaminare i materiali trovati su Marte, i ricercatori ci ricordano che questo pianeta più piccolo ha una superficie non dissimile la crosta si trovano sulla Terra. Le particelle fini e il basalto coprono uno strato di roccia vulcanica di circa 6-30 miglia di spessore. Le fibre di basalto possono essere prodotte in modo simile alla produzione di fibre di vetro e quindi utilizzate per il rinforzo. Ricerche precedenti hanno dimostrato con successo che il basalto si mescolava con il PLA, ma questi progetti non erano incentrati sui viaggi nello spazio e sulla colonizzazione.
Il composito sviluppato per questo studio è stato utilizzato con la stampa 3D FFF, sotto forma di una stampante 3D FlashForge Creator Pro e filamento da 1,75 mm. Furono fabbricati cinque rapporti e quattro furono stampati in 3D alla fine. Il basalto può essere facilmente estratto e trasformato in fibre, e mentre c’erano diverse scelte di materiale con cui mescolarlo, il team di ricerca ha scelto l’ABS a causa della bassa temperatura di estrusione e precedenti test negli esperimenti di microgravità. Può essere riciclato troppo, e anche utilizzato come imballaggio per altri carichi.
Sono stati creati pellet compositi per ogni rapporto di fibra, con un filamento di 1,75 mm. E mentre il rapporto fibra del 60 percento è stato valutato come troppo rigido per lo spooling e non adatto a piccole stampanti 3D, i ricercatori non hanno ritenuto che ciò fosse un problema se le stampanti su larga scala fossero utilizzate nello spazio, alimentate con pellet. I raggi X hanno mostrato una miscela uniforme del composito durante l’estrusione e la deposizione. Hanno anche dimostrato che il materiale potrebbe essere utilizzato per la fabbricazione di piccoli utensili.
“È necessario eseguire ulteriori test su questo materiale per conoscere la sua resistenza alla fatica (curva SN). Ripetere test simili a questo articolo ma aggiungere ulteriori rapporti di contenuto di fibre tra il 25% e il 40% sarebbe utile anche per i futuri progettisti “, hanno concluso i ricercatori.
“I rapporti delle fibre superiori al 40 percento dovrebbero essere testati anche su stampanti 3D su larga scala dotate di un estrusore a pellet. Infine, dovrebbero essere condotti studi sulla riciclabilità dei materiali di imballaggio in ABS, quindi utilizzati come materiale da costruzione ABS-basalto per la stampa 3D. “
