20년 넘게 국제 우주 정거장(ISS)의 우주 비행사들은 과학 연구와 일상 생활을 위해 지구에서 운송된 재료에 거의 전적으로 의존해 왔습니다. 물은 예외로 우주 정거장의 폐수에서 재활용된다.

상업용 우주 산업이 성장하고 지상 402km(250마일)에 위치한 ISS 너머의 장기 임무에 대한 전 세계적인 관심 덕분에 과학자들은 지구 밖에서 물품을 제조하는 방법을 개발하고 있다. 최종 결과는 달, 화성 , 어쩌면 그 너머까지 행성 간 여행을 하는 동안 비행 비용을 줄이는 데 도움이 될 것이라고 옹호론자들은 말한다.

이 주제에 대한 최근 업데이트에서 과학자들은 용융된 플라스틱, 유리 또는 금속과 같은 선택된 재료를 짜서 물체를 만드는 인기 있는 기술인 3D 프린팅이 미세 중력에서 어떻게 작동하는지 연구하고 있다. 3D프린팅은 원하는 패턴으로 경화되면서 노즐에서 선택한 재료를 층별로 분사하는 것에 의존하기 때문에 중력은 메커니즘의 중요한 측면이다. 

과학자들은 이러한 노력이 우주비행사가 언젠가 우주정거장 부품부터 나노위성, 심지어 채굴된 소행성 물질을 이용한 실물 크기 위성에 이르기까지 다양한 자원을 주문형으로 제작하는 데 도움이 될 수 있다고 상상한다 . 또한 달과 다른 행성의 서식지를 3D 프린팅하여 궁극적으로 필요한 화물 재보급 임무 수를 최소화할 수도 있다.  

“우주선은 무한한 자원을 운반할 수 없기 때문에 가지고 있는 자원을 유지하고 재활용해야 하며 3D 프린팅이 이를 가능하게 한다.” 연구 수석 저자인 웨스트버지니아 대학의 Jacob Cordonier가 성명 에서 말했다. "필요한 것만 인쇄할 수 있어 낭비가 줄어듭니다."

지구상 에서 3D 프린터는 카메라 렌즈, 기타, 휴대폰 케이스는 물론 실물 크기의 임플란트와 보철 신체 부위까지 포함한 모든 종류의 물건을 손쉽게 디자인할 수 있다. 하지만 우주 에서는 약간의 움직임이라도 복잡한 디자인에 큰 피해를 줄 수 있으며 중력이 이러한 움직임을 좌우한다. 그러나 우주와 지구에서 프린터를 압착하는 동안 물체를 만드는 재료가 어떻게 작동하는지 잘 이해되지 않는다.

새로운 연구가 시작되는 곳입니다. Cordonier와 그의 팀은 이 경우 3D 물체를 만드는 데 사용되는 재료인 이산화티타늄 폼이 지구의 중력과 비교하여 미세중력에서 다르게 스며나와 이러한 변화를 기록한다는 것을 발견했다. 연구원들은 이 지식이 건물 속도 및 압력과 같은 프린터의 다양한 매개변수가 미세 중력에서 어떻게 상호 작용할 가능성이 있는지 파악하는 데 유용할 것이라고 말했다.

티타늄이 선택된 이유는 여러 가지이다. 우선, 스테인리스 스틸에 비해 가볍고 부식에 더 강하다. 즉, 우주의 3D건물 물체를 위한 비용 효율적인 선택이다. 둘째, 달 자체에는 티타늄과 같은 광물이 포함되어 있다. 이는 미래의 달 탐험가들이 땅에서 직접 3D 프린팅 재료를 채굴할 수 있음을 의미한다.

“우리는 달에 거품을 만드는 데 사용되는 이산화티타늄과 매우 유사한 광물이 매장되어 있다는 것을 알고 있습니다.” 연구 공동 저자이자 웨스트버지니아 대학교 기계 및 항공우주학과 교수인 콘스탄티노스 시에로스(Konstantinos Sierros)는 성명에서 말했다. "그래서 아이디어는 달 에서 자원을 채굴 하고 임무에 필요한 장비를 인쇄 할 수 있기 때문에 여기에서 우주로 장비를 운반할 필요가 없다는 것입니다 ."

이전 연구에 따르면 달의 지역에는 티타늄 광석이 풍부하며, 지구상의 암석에 비해 티타늄 광석이 10배나 더 많이 함유된 달 암석은 거의 없다는 사실이 확인되었다. 마지막으로, 이 물질은 태양에서 나오는 거의 모든 자외선(UV)을 차단하는 것으로 알려져 있다고 새로운 연구에서 밝혀졌다. 

지구상에서 우리 행성의 대기권 보호 담요는 상당한 양의 자외선을 차단한다. Cordonier는 "우주나 달에서는 우주복이나 우주선이나 서식지에 코팅된 코팅 외에는 이를 완화할 수 있는 것이 없다."라고 말했다. 

따라서 이산화티타늄을 사용하여 제작된 모든 종류의 우주비행사 장비는 자외선을 효과적으로 차단할 수 있다. 그러나 그것이 충분하지 않은 것처럼 미네랄은 빛을 사용하여 공기 정화 또는 심지어 물과 같은 유용한 화학 반응을 촉진할 수도 있는 것으로 보인다.

팀은 이전에 Boeing 727 로 완성된 포물선 비행을 3D 프린팅한 적이 있다. 이때 경로의 최고점은 20초 동안 무중력 상태를 유지했다. 다음으로 그들은 프린터를 6개월 동안 ISS로 보내 인쇄 과정을 자세히 모니터링할 계획이다.

이 연구는 지난 달 ACS Publications 저널에 발표된  논문에 설명되어 있다.