Se un giorno gli esseri umani si stabiliranno su Marte, avranno bisogno di strumenti e componenti per costruire strutture sul pianeta. Trasportare materiali pesanti e ingombranti a 55 milioni di chilometri dalla Terra sarebbe impraticabile. Un piano migliore, secondo Zane Mebruer, neolaureato dell’Università dell’Arizona, sarebbe quello di stampare in 3D gli oggetti direttamente sul Pianeta Rosso. La sua nuova ricerca, completata durante il suo percorso di studi con lode in ingegneria meccanica presso l’Università dell’Arizona, suggerisce che ciò potrebbe essere possibile. La ricerca, condotta da Mebruer sotto la supervisione di Wan Shou, professore associato di ingegneria meccanica, è stata pubblicata sul Journal of Manufacturing and Materials Processing.
Lo studio
In genere, la stampa 3D del metallo viene eseguita in una camera riempita di argon, un gas non tossico che previene l’ossidazione. Mebruer voleva verificare se la stampa 3D del metallo potesse essere effettuata con successo in un’atmosfera di anidride carbonica, che costituisce il 95% dell’atmosfera marziana. In tal caso, non sarebbe necessario trasportare o produrre argon su Marte. La ricerca di Mebruer ha utilizzato la fusione a letto di polvere con raggio laser, spesso abbreviata in PBF-LB. In questo metodo di stampa 3D del metallo, una polvere metallica viene stesa in un singolo strato su una piastra. Un laser fonde la polvere in uno strato solido. La piastra si abbassa, viene applicato un altro strato di polvere e il laser lo fonde nello strato successivo dell’oggetto.
Il processo è efficiente. Il metallo non utilizzato di ogni strato può essere raccolto e riciclato. Tuttavia, il metallo può ossidarsi rapidamente durante il processo di produzione. A differenza della ruggine sulla superficie esterna di un oggetto metallico, l’ossidazione che si verifica durante la produzione additiva può indebolire la struttura interna del pezzo. “La coesione tra gli strati sarà molto peggiore. La resistenza del materiale ne risentirà“, ha affermato Mebruer.
Nell’esperimento, sono state stampate semplici linee metalliche monostrato in atmosfere di argon, anidride carbonica e aria ambiente. I risultati sono stati esaminati a livello microscopico per individuare imperfezioni e valutare quanto i pezzi monostrato avessero raggiunto una superficie uniforme e piana. Sebbene la stampa in atmosfera di argon abbia prodotto i risultati migliori, i pezzi stampati in CO2 si sono dimostrati promettenti e superiori a quelli prodotti in atmosfera ambiente.
Un piccolo passo verso la colonizzazione umana di Marte
“È una dimostrazione di fattibilità“, ha affermato Shou, che ha aiutato Mebruer a concettualizzare il lavoro e ha supervisionato la ricerca nel suo laboratorio. Questo lavoro rappresenta un piccolo passo verso la colonizzazione umana di Marte.
Per Mebruer, il lavoro svolto durante i suoi studi universitari all’Università dell’Arizona – e la pubblicazione dei risultati su una rivista scientifica con revisione paritaria – ha rappresentato un enorme passo avanti nella sua carriera. Mebruer è ora dottorando in ingegneria meccanica presso il Georgia Institute of Technology.
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