연구원들은 화성 표면에서 발견되는 암석 무기 물질을 모방하기 위한 흑색 분말 물질인 화성 표토를 5%에서 최대 100%까지 사용하여 부품을 만들었다.

화성 표토가 5% 포함된 부품은 강했지만 100% 표토 부품은 부서지기 쉽고 금이 가기 쉽다. 그럼에도 불구하고 화성 함량이 높은 재료라도 장비를 녹이나 방사선 손상으로부터 보호하기 위한 코팅을 만드는 데 유용할 것이라고 응용 세라믹 기술의 국제 저널의 연구 교신 저자인 Amit Bandyopadhyay는 말한다.

"우주에서 3D프린팅은 우리가 유인 임무를 생각하고 싶다면 일어나야 할 일이다. 여기에서 모든 것을 운반할 수 없기 때문이다."고 워싱턴 주립 대학교의 기계 및 재료 공학부의 교수인 Bandyopadhyay는 말한다. "그리고 우리가 무언가를 잊어버리면 우리는 그것을 되찾기 위해 돌아올 수 없다."

재료를 우주로 가져오는 것은 극도로 비용이 많이 들 수 있다. 예를 들어 NASA의 우주 왕복선이 1kg의 페이로드(약 2.2파운드)를 지구 궤도에 싣는 데 약 54,000달러가 든다고 연구원들은 지적한다. 우주에서나 행성에서 만들 수 있는 모든 것은 무게와 비용을 절약할 수 있다. 무언가 가 고장나 더라도 우주 비행사는 현장에서 수리할 방법이 필요하다.

Bandyopadhyay는 2011년 그의 팀이 NASA를 위해 3D프린팅을 사용하여 달의 암석을 부순 부분을 시뮬레이션하면서 이 아이디어의 실현 가능성을 처음으로 시연했다. 그 이후로 우주 기관은 이 기술을 수용했으며 국제 우주 정거장은 현장 및 실험에 필요한 재료를 제조하기 위해 자체 3D 프린터를 보유하고 있다.

이 연구를 위해 Bandyopadhyay는 대학원생인 Ali Afrouzian 및 Kellen Traxel과 함께 분말 기반 3D프린터를 사용하여 시뮬레이션 된 화성 암석 먼지와 티타늄 합금을 혼합했다. 티타늄 합금은 강도와내열성 때문에 우주 탐사에 자주 사용된다.

이 과정의 일부로 고출력 레이저가 재료를 섭씨 2,000도(3,632F) 이상으로 가열했다. 그런 다음 화성의 표토-세라믹 및 금속 재료의 녹은 혼합물이 움직이는 플랫폼으로 흘러 연구자들이 다양한 크기와 모양을 만들 수 있도록 했다. 재료가 냉각된 후 연구원들은 강도와내구성을 테스트했다.

100% 화성 암석 먼지로 만든 세라믹 재료는 냉각되면서 금이 갔지만 Bandyopadhyay가 지적했듯이 균열은 문제가 되지 않기 때문에 여전히 방사선 차폐용으로 좋은 코팅을 만들 수 있다.   

그러나 5%의 표토를 함유한 혼합물인 약간의 화성 먼지는 균열이나 기포가 발생하지 않을 뿐만 아니라 티타늄 합금 단독보다 더 나은 특성을 나타내어 여전히 무거운 하중을 견딜 수 있는 더 가벼운 조각을 만드는 데 사용할 수 있음을 의미한다.

"그것은 더 좋고 더 높은 강도와경도를 지닌 재료를 제공하므로 일부 응용 분야에서 훨씬 더 나은 성능을 발휘할 수 있다."고 그는 말한다.

이 연구는 시작에 불과하다고 Bandyopadhyay는 말한다. 미래의 연구는 다른 금속이나 3D프린팅 기술을 사용하여 더 나은 복합 재료를 산출할 수 있다.

"이것은 그것이 가능하다는 것을 입증하고 아마도 우리는 약한 플라스틱 부품을 만드는 것이 아니라 강하고 모든 종류의 구조 부품에 사용할 수 있는 금속-세라믹 복합 부품을 만드는 것이기 때문에 이 방향으로 생각해야 할 것이다."고 말한다.

국립과학재단이 연구를 지원했다.

 출처: 워싱턴 주립 대학