ABS renforcé de fibres de basalte: des chercheurs développent un composite thermoplastique destiné à être utilisé dans l'espace

ABS renforcé de fibres de basalte: des chercheurs développent un composite thermoplastique destiné à être utilisé dans l'espace

Dans la récente publication intitulée «Développement et propriétés mécaniques de l'acrylonitrile butadiène-styrène acrylonitrile renforcé par des fibres de basalte pour les applications de fabrication dans l'espace», vous en apprendrez davantage sur les matériaux nécessaires à la construction dans l'espace; Par exemple, un habitat sur Mars serait très probablement construit à partir d'une combinaison de matériaux de la Terre et de ce qui s'y trouve naturellement, réduisant ainsi les dépenses de manière exponentielle.

À mesure que la technologie progresse, nous réalisons que les voyages dans l’espace et la colonisation impliqueront des mesures extrêmes en matière de durabilité. Alors que la réalité d’une mission de la NASA sur Mars se profile, il reste encore des années de préparation, ainsi que d’énormes efforts de recherche et développement nécessaires pour comprendre la logistique et de nombreux détails. La science des matériaux va occuper une place prépondérante, car elle est essentielle dans des domaines tels que la maintenance des aéronefs, mais aussi la colonisation.

Les chercheurs énumèrent les caractéristiques les plus importantes pour le matériel spatial:

Force Rigidité Résistance aux chocs Capacité de se protéger des radiations

Dans un avenir proche, l'équipe de recherche a décidé de développer et de tester un composite thermoplastique, mélangeant à la fois de l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et du basalte, pour des essais sur le site de fabrication additive de la Station spatiale internationale. Au cours de cette étude, l’un des principaux facteurs à prendre en compte était les frais de transport des matériaux, ce qui a conduit à mettre fortement l’accent sur la quantité de matériaux locaux disponibles et utilisables.

«L’alternative la plus raisonnable est d’utiliser autant de matériaux disponibles localement que possible ainsi que tous les déchets recyclables provenant de missions cargo, tels que des matériaux d’emballage», ont déclaré les chercheurs. "Cela diffère de la conception traditionnelle des matériaux composites, dans laquelle il existe une optimisation entre la quantité de matériau fibreux renforçant qui renforce le matériau et le coût des matériaux fibreux."

(À gauche) Dreytek, fibres de basalte de 3 mm, (À droite), fibres de basalte et pellets d’ABS, prémélangés pour la préparation.

L'impression 3D dans l'espace est passée d'un concept à une réalité puisque les astronautes ont fabriqué des objets de test, des outils, etc., à l'ISS. Les échantillons de test renvoyés sur Terre ont été examinés et évalués avec succès, une imprimante 3D étant désormais installée à l’ISS.

En examinant les matériaux trouvés sur Mars, les chercheurs nous rappellent que cette petite planète a une surface semblable à celle de la croûte terrestre. Les particules fines et le basalte recouvrent une couche de roche volcanique d'environ 6 à 30 miles d'épaisseur. Les fibres de basalte peuvent être fabriquées de manière similaire à la fabrication de fibres de verre puis utilisées pour le renforcement. Des recherches antérieures ont montré que le basalte mélangé à de la PLA était un succès, mais ces projets n'étaient pas centrés sur les voyages dans l'espace et la colonisation.

Le composite développé pour cette étude était utilisé avec l'impression 3D FFF, sous la forme d'une imprimante 3D FlashForge Creator Pro et d'un filament de 1,75 mm. Cinq rapports ont été fabriqués et quatre ont été finalement imprimés en 3D. Le basalte peut être facilement extrait et transformé en fibres. Bien qu’il y ait plusieurs choix de matériaux pour le mélanger, l’équipe de recherche a choisi l’ABS en raison de la basse température d’extrusion et des tests antérieurs réalisés dans des expériences en microgravité. Il peut également être recyclé et même utilisé comme emballage pour d'autres cargaisons.

Le procédé d’extrusion pour la fabrication de filaments (a) Extrudeuse à vis unique (b) Extrudeuse (c) Extrudeuse (c) Spooler (d) Filament bobiné d’ABS-basalte.

Des pastilles composites ont été créées pour chaque rapport de fibres, accompagnées d'un filament de 1,75 mm. Et bien que le ratio de fibres de 60% ait été jugé trop rigide pour être mis en file d’alimentation et ne convienne pas pour les petites imprimantes 3D, les chercheurs ne l’ont pas vu comme un problème si les imprimantes à grande échelle devaient être utilisées dans l’espace, alimentées par des pellets. Les rayons X montraient un mélange uniforme du composite lors de l'extrusion et du dépôt. Ils ont également prouvé que le matériau pouvait être utilisé pour la fabrication de petits outils.

«Des tests supplémentaires doivent être effectués sur ce matériau pour en savoir plus sur sa résistance à la fatigue (courbe SN). Répéter des tests similaires à ceux du présent document, mais ajouter des ratios de teneur en fibres supplémentaires compris entre 25% et 40% serait également bénéfique pour les futurs concepteurs », ont conclu les chercheurs.

«Des taux de fibres supérieurs à 40% doivent également être testés sur des imprimantes 3D à grande échelle équipées d'une extrudeuse de pellets. Enfin, des études devraient être menées sur la recyclabilité des matériaux d’emballage en ABS puis utilisés en tant que matériau de construction ABS-Basalt pour l’impression 3D. ”

Alors que l’impression 3D à la Station spatiale internationale est fascinante en soi, l’idée de coloniser la Lune ou Mars l’est encore plus; Cependant, il y a beaucoup de chemin à parcourir, depuis quel type de matériaux et de construction à utiliser, jusqu'à combien de temps les gens seront capables de subvenir à leurs besoins. Que pensez-vous de cette nouvelle? Faites-nous savoir vos pensées! Rejoignez la discussion sur ce sujet et sur d’autres sujets relatifs à l’impression 3D sur 3DPrintBoard.com.

Distribution de la fibre du composant imprimé 3D final.

[Source / Images: "Développement et propriétés mécaniques du styrène acrylonitrile butadiène renforcé par des fibres de basalte pour les applications de fabrication dans l'espace"]

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