header-pattern-bg

3D-printa med månstoft

Den 21 juli 1969 tog Neil Armstrong sina första steg på månen – på en yta täckt av månstoft. Nu, 50 år senare, utvecklar forskare möjligheten att använda månstoft i särskilda 3D-skrivare. Varför? Jo, för att kunna bygga en månbas utan att behöva ta med tungt material från jorden.

Jorden är inte vår slutgiltiga destination. Människans utforskning av solsystemet är oundviklig. Det finns ett behov av innovativt tänkande och kreativa lösningar för att detta ska hända, något jag hoppas att vår forskning kan bidra till.

Ross Friel

Ross Friel, universitetslektor vid Högskolan i Halmstad, leder en grupp forskare som jobbar med autonom additiv tillverkning (även kallad 3D-printing) som kan användas på månen.

– Jordens resurser är begränsade, så vår fortsatta existens kräver att vi blickar bortom vår planet. I rymden finns oändligt med resurser. För att kunna utforska inom, men även utanför, vårt solsystem, behövs en månbas som kan fungera som en ”språngbräda” för rymdresor. Det är ekonomiskt och tekniskt gynnsamt att använda månen som uppskjutningsplats på grund av dess lägre tyngdkraft, oerhört tunna atmosfär och klara himmel, samt möjligheten att använda väte och syre från månens is till raketbränsle, säger Ross Friel.

En astronaut står på en yta täckt av grå stoft.

I sommar är det 50 år sedan den första bemannade månlandningen, när Neil Armstrong uttalade den kända frasen ”Ett litet steg för människan, men ett jättesprång för mänskligheten”. 1972 var senaste gången någon människa var på månen. Astronauten på bilden är Edwin “Buzz” Aldrin. En reflektion av fotografen, Neil Armstrong, syns i Aldrins hjälmvisir. Marken är täckt med det månstoft som potentiellt kan användas för att på månen göra 3D-utskrivna byggnadsmaterial och andra komponenter. Bild: NASA

Använder laser för att smälta månstoft

Det är inte en lätt uppgift att bygga en månbas. Byggmaterialet måste både tåla och skydda människor och vetenskapliga instrument mot skadlig kosmisk strålning och meteoroider. Det är inte ett alternativ att transportera tung betong från jorden till månen – det är ohållbart och alldeles för dyrt. Därför kan möjligheten att använda material som redan finns på månen för att skapa byggstenar och andra användbara komponenter, som till exempel reservdelar, vara den bästa lösningen.

Fyra foton utgör bilden. Varje foto visar på en struktur av ett grått material.

Genom att smälta ett material från jorden, med liknande egenskaper som månstoft, kan olika typer av strukturer skrivas ut med en särskilt utvecklad 3D-skrivare. Bilden visar a) kompakta kuber, b) en potentiell filterstruktur, c) en skruv och en mutter som visar utskriftens noggrannhet, och d) ett byggblock i form av en pusselbit som ett första steg mot sammankopplade byggkomponenter för att skapa kompakta materialstrukturer direkt på månens yta. Bild: ROSS FRIEL

– Månstoft, det vill säga det fina grus på månen som kallas för lunar regolith, är ett naturligt keramiskt material – ungefär som vulkanaska på jorden. Vi har i vår forskning använt ett material från jorden med egenskaper som liknar månstoft. Det riktiga stoftet är svårt att komma över! säger Ross Friel.

Eftersom vätska avdunstar snabbt i det vakuum som utgör månens ”atmosfär” är den mest lovande tekniken en 3D-skrivare som endast använder värme för att smälta materialet. Ross Friel och hans forskarkollegor använder en laser på över 1 000 grader Celsius för att smälta månstoftet.

­­– En stor del av vår forskning handlar om hur man kontrollerar och optimerar interaktionen mellan laser och material. Nästa steg är att utveckla en kombination av laser, sol och andra uppvärmningstekniker för att maximera processens hastighet och effektivitet när man arbetar på månen, säger Ross Friel.

Man som ler mot kameran.

Ross Friel, universitetslektor vid Högskolan i Halmstad, leder en grupp forskare som jobbar med autonom additiv tillverkning som kan användas på månen. ”Jag har alltid varit fascinerad av rymden och har doktorsexamen i additiv tillverkning. Så forskningen är en kombination av mina två intresse- och expertisområden.” Bild: MAGNUS KARLSSON

”Jorden är inte vår slutgiltiga destination”

Under de kommande åren ska forskarna fortsätta att utveckla tekniken för en autonom 3D-skrivare som kan fungera på månen. De ska förfina testmiljön så att den simulerar förhållandena på månens yta, till exempel med ultrahögvakuum, samt exponera det utskrivna materialet för exempelvis strålning och kollisioner i hög hastighet med föremål som efterliknar meteoroider.

– Jorden är inte vår slutgiltiga destination. Människans utforskning av solsystemet är oundviklig. Det finns ett behov av innovativt tänkande och kreativa lösningar för att detta ska hända, något jag hoppas att vår forskning kan bidra till, säger Ross Friel.

Tre frågor till Ross Friel

Varför började du att forska inom detta område?

– Jag har alltid varit fascinerad av rymden och har en doktorsexamen i additiv tillverkning. Så det är en kombination av mina två intresse- och expertisområden. Det började som en gimmick – att 3D-printa med månstoft – men har utvecklats till ett viktigt forskningsområde med reell potential som kan bidra till att en månbas blir verklighet.

Hur hamnade du i Halmstad?

– Jag flyttade till Sverige från Storbritannien för några år sedan och började jobba på Max IV i Lund. Men min fru är från Halmstad och det är här min familj är, så när jag 2018 fick möjligheten att börja jobba på Högskolan i Halmstad tog jag gladeligen den chansen.

Vilken är din favoritrymdfilm?

– The Martian. Den bygger på att man måste vara innovativ för att överleva på Mars och är ganska realistiskt – mestadels i alla fall!

Om forskningen

Forskargruppen består av:

  • Ross Friel, universitetslektor vid Akademin för informationsteknologi på Högskolan i Halmstad
  • Athanasios Goulas, forskningsassistent vid the School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering, Loughborough University, Storbritannien
  • Jon Binner, professor vid the School of Metallurgy and Materials, University of Birmingham, Storbritannien

Den typ av additiv tillverkning som forskarna använder kallas för powder bed fusion. Forskningsresultaten presenterades nyligen vid 2019 års konferens Future Manufacturing Technologies Conference, FMTXlänk till annan webbplats, i Malmö.

Vetenskapliga publikationer (2016):

Text: LOUISE WANDEL

Toppbild: Apollo 17 Lunar Roving Vehicle från 1972. Foto: NASA