3D打印轻量化月球建筑地板，MX3D开启可持续太空探索任务

导读：2021年9月2日，南极熊获悉，荷兰的机器人金属3D打印公司MX3D已经为欧洲航天局（ESA）的月球定居点原型建造了一种基于新型材料的高效"骨架地板"。

通过将划线应力图分析与3D打印相结合，MX3D公司建造出一个超轻的钢结构，该结构具有光滑的网状设计，质量减少到395公斤。据欧空局工程师Advenit Makaya表示，这种结构的制造成功显示了MX3D技术的效率和在月球开展建筑作业的潜力，未来它还有可能应用于雷石结构的建造。

Makaya说："这是MX3D的一个了不起的成就，它进一步突出了这种增材制造技术在越来越广泛的空间应用中的潜力。"设计的灵活性，以及将印刷结构与嵌入式监测系统相结合的可能性，都值得研究在空间结构中的应用。这种技术也可以考虑在可持续的探索任务中用于基础设施的原地建设，通过使用从当地可用的雷石中提取的金属原料。"

△MX3D公司重达495公斤的不锈钢3D打印月球地板。照片来自ESA

轻量化的 "骨骼"设计

MX3D的地板是为建筑公司SkidmoreOwings and Merrill（SOM）正在开发的四层欧空局月球栖息地原型而建造的，它经过了拓扑优化，以尽可能地节省材料。在实际建造中，该结构是使用MX3D公司专有的WAAM技术3D打印成六个垂直部分，然后再焊接成一个有凝聚力的下部结构。

在三根柱子的支撑下，地板上的一系列面板形成了一个 "网状"，能够作为一个支撑结构，而不需要填充，同时其整体设计向周边和中心倾斜，允许这些区域以较小的厚度进行3D打印，但不以内聚力或完整性为代价。

SOM负责该项目的高级设计师DanielInocente解释说："我们研究了制造方面的限制，并利用我们的分析来插值一个遵循3D打印机器角度限制的网络模式。截面和厚度也进行了分析和区分，以减少整体质量，即在外部/内部的边界处减少厚度。"

这块308LSi不锈钢地板花了大约246个小时建造方才完成，一旦拼接起来，它的宽度大约为4.5米。最终，这套建筑结构未能按计划作为SOM的 "地球以外的生命 "威尼斯双年展的一部分。不过据MX3D首席执行官Gijs van der Velden称，该项目仍然证明了其技术的轻量化潜力。

van der Velden总结道："这是一个完美的项目，MX3D可以利用其在打印拓扑优化的金属结构方面的经验。实现材料的最佳使用是MX3D的一个公司目标，因为就像在设计太空应用时一样，MX3D设计中每减少一公斤都是对项目可行性的直接胜利。"

△利用划定的应力图分析和拓扑结构优化，该地板的设计相较于以前明显变轻。图片来自欧空局

MX3D的建筑专长

这款结构的制作是围绕着Metal XL软件（MX3D的首个专门用于机器人WAAM的软件）完成的，以及安装在ABB机器上的打印机，这使得MX3D公司的工艺能够建造定制的大型建筑。最近，该公司还开始用M1 3D打印机制造自己的系统，这套打印机最近获得了225万欧元的现金注入，以资助其进一步的研发和发布。

自2015年推出以来，MX3D公司已经稳步扩大了其技术的应用范围，从2016年的第一辆3D打印"Arc "自行车，到2019年的钢桥连接器，据说已经引起了建筑公司的极大兴趣。

利用其独特的WAAM方法，MX3D公司也开始建造桥梁，并于2021年6月在阿姆斯特丹的OudezijdsAchterburgwal运河公布了其第一个这样的12米长的结构。通过与中船重工、伦敦帝国学院和阿兰-图灵研究所合作，MX3D已经能够将传感器纳入建设中，从而能够收集数据以创建数字化孪生结构。

当时，van der Velden声称，这座桥只是他们公司技术大放异彩的小片头曲。在最近的航空航天项目取得成功之后，欧空局的材料和工艺负责人Thomas Rohr认识到了到了MX3D以机器人为主导的技术向前发展的航天潜力。

罗尔总结说："MX3D的能力展示了工程和艺术的鼓舞人心的一致性，并且是另一个伟大的例子，说明AM已经进入我们的社会。对于空间应用来说，这种技术不仅提供了性能上的改进，而且可以带来前所未有的和有利的设计解决方案。

地外空间的3D打印

MX3D的3D打印技术无疑显示出越来越强的可扩展性，但它并不是第一个被用于在地外空间建造房屋的技术。例如，总部位于德克萨斯州的ICON公司被美国国家航空航天局委以重任，负责开发一个外太空建筑系统，该系统能够只用月球上的石膏来建造一个永久性的月球基地。

最近，ICON公司还与美国国家航空航天局签订了合同，以3D打印一个火星栖息地，准确地再现宇航员在访问火星表面时将经历的条件。从明年开始，该结构将容纳一个为期三年的NASA实地测试，测试其营养系统的功效，以及长期暴露在红色星球上的身体和行为的影响。

同时，在美国之外，不伦瑞克技术大学和汉诺威激光中心（LZH）的科学家们首次成功地在零重力条件下3D打印月球岩石。该团队安装在漫游车上的激光器将月尘熔化成月球结构，使飞行人员不必将沉重的货物从地球运到月球表面。