NASA资助Contour Crafting的月球3D打印建造技术

2022 年 06 月 28 日

       2022年6月26日,作为2022年小型企业创新研究(SBIR)和小型企业技术转让 (STTR) 计划的一部分, NASA正在资助 20 多项与 3D 打印相关的提案。其中一个项目由南加州大学(USC) 的衍生公司Contour Crafting 提出,这是一家致力于开发颠覆性建筑技术初创公司。该公司希望通过NASA的STTR计划,调整其新型材料运输系统,以期在月球表面运输风化层和岩石等建筑材料。
       这个新系统被描述为Contour Crafting公司CrafTram技术的一个特殊版本,预计它可以自主地移动月球上的石料,所使用的能源只是传统装载机或卡车的一小部分,并且这些常规运输机器只能空车回程。相反,CrafTram 将消除这种对往返运输车辆的需要。到达现场后,该平台可以以最小的磨损平稳运行,不受沙地或岩石地形的影响,并且可以在不同的高度(包括陡峭的上坡或下坡道路)之间运输材料。
       对于 CrafTram,ContourCrafting 将与南加州大学维特比工程学院(VSOE) 展开合作,展示这种用于月球表面场地准备的自动化技术如何帮助 NASA 开展其风化层工作活动,包括建造发射和着陆区、硬化着陆垫、改善通行路径和辐射屏蔽结构。
月球基地材料
       尽管我们对3D 打印技术在月球和其他行星上实施的可能性了解不多,但专家们知道,地球外的建筑结构将与我们成长过程中的任何传统建筑大不相同。几年来,风化层被认为是月球和火星上打印结构的潜在主要建筑材料,主要是因为它的资源丰富性。已经有几项提议要通过挖掘和获取月球风化层材料以进行建设,因此创造运输这种材料的技术似乎是在月球殖民竞赛中的下一个基本步骤。
       土方设备等传统解决方案消耗大量能源,并且必须空载单向行驶。此外,它们的体积使得将机器运送到月球表面非常昂贵。这就是为什么 Contour Crafting 提出的特殊 CrafTram 具有多种可能性的原因。首先,它是一个超轻量级的概念,可折叠成一个小的空间信封,便于运输到月球表面。一旦到了那里,它就可以自我转变为它的部署形式,以便在行星建筑工地进行自主操作。

Contour Crafting 的增材施工技术。Contour Crafting 使用的精密挤压技术。图片由 Contour Crafting 提供。

但是,着手开发用于殖民地球月球及其他地区的技术并非易事。ContourCrafting 将为这个新项目设计 CrafTram 系统,并创建一个 TRL(技术准备水平)4级功能的1/3比例原型。研究层面的拟议工作还包括分析和设计一个称为护堤的示范结构,该结构保护着陆垫周围的环境免受宇宙飞船起飞或着陆产生的爆炸飞溅物的影响。

根据提案,护堤的分析和设计将由南加州大学 VSOE 教授 Lucio Soibelman 的结构和材料研究实验室(SMRL) 完成。在第一阶段结束时,Contour Crafting 和 SMRL 都将展示 CrafTram 概念的缩小版本,运输材料并用风化层模拟材料建造 ⅓ 规模的月球护堤结构。

这项合作努力的目标与 NASA 的Artemis 任务直接一致,该任务旨在在接下来的几十年中建立第一个月球基地和月球商业圈。然而,在此应用之外,CrafTram技术可以作为通用材料运输系统,用于其他登月任务,以及未来的火星任务。

△月球建造过程概念图

建筑增材制造的历史
      Contour Crafting 由南加州大学 VSOE 教授 Behrokh Khoshnevis 创立,标志着二十多年前建筑 3D 打印的开始。借助Khoshnevis 开创性的建筑规模 3D 打印理念,这家初创公司以开发大规模 3D 打印技术而闻名,其中包括旗舰产品 CrafTrans,这是一种可变形且可快速部署的建筑 3D 打印机。Khoshnevis 是NASA 创新先进概念(NIAC) 研究员,自 2004 年以来一直在该机构的支持下开发行星建造技术。他在这些研发工作中取得的成就为他赢得了 2014 年和 2016 年在NASA 赞助的国际比赛中的两项大奖。其中一项认可是一项可以利用当地行星材料在月球和火星上建造结构的技术,该技术使用一种系统设计用于自主建造着陆场和道路,以及制造联锁砖和其他物体,如金属工具和备件.
      事实上,Contour Crafting 获得 NASA 资助的最新项目提案可能是利用了过去屡获殊荣的技术和就地资源利用的大部分。如果成功,CrafTram 可以进入第二阶段资金以开发规模原型以及其他后续 SBIR/STTR 后第二阶段的机会。作为 NASA 2022 年 SBIR和 STTR 获奖提案的一部分,ContourCrafting 并不是唯一一家提交月球建造技术的公司。其他选定的项目包括由Astroport和德克萨斯大学圣安东尼奥分校开发的用于建造月球发射和着陆台的 BrickLayer 系统,以及 Cislune 提出的一套用于提取和处理用于建筑结构的风化层的技术。在接下来的十年中,我们预计其中一些技术将会成熟,以便它们可以在地球以外的条件下运行,尤其是在阿尔忒弥斯登月任务开始后。

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