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Mondstaub mit LASER zu LEGO-ähnlichen Bausteinen verarbeitet
Auf dem Mond ist loser Gesteinsstaub reichlich vorhanden, während Baumaterial von der Erde transportiert werden müsste. In Laborversuchen ließ sich ein Mondstaub-Ersatz mit einem Laser zu ineinandersteckbaren Bausteinen verfestigen, ganz ohne zusätzliche Bindemittel. Die wenige Zentimeter großen Prototypen eröffnen einen möglichen Weg für den Bau künftiger Mondstationen, sind aber noch nicht für tragende Konstruktionen erprobt.
Fayetteville (U.S.A.). Eine dauerhafte Mondstation benötigt neben Wohnmodulen auch feste Bauteile für Schutzwände, Wege und andere Einrichtungen. Würde dafür sämtliches Material von der Erde geliefert, müssten große zusätzliche Massen zum Mond transportiert werden. Deshalb wird der lockere Gesteinsschutt der Mondoberfläche als möglicher Rohstoff für das Bauen vor Ort untersucht.
Dieser sogenannte Regolith besteht aus kantigen Gesteinskörnern, die unter anderem durch unzählige Einschläge entstanden sind. Frühere 3D-Druckversuche mit Mondstaub-Ersatz nutzten oft Bindemittel, um das Material in Form zu bringen und zu stabilisieren. Solche Zusätze würden die Materialversorgung einer Mondstation jedoch komplizierter machen, falls sie nicht vor Ort gewonnen werden können.
Forscher der University of Arkansas (U of A) um Wan Shou haben untersucht, ob sich Regolith auch ohne fremde Bindestoffe zu Bausteinen verarbeiten lässt. Als Rohstoff verwendeten sie LHS-1, ein kommerziell erhältliches mineralisches Material, das den Regolith aus dem lunaren Hochland nachbildet. Echter Mondstaub wurde bei diesen Versuchen nicht eingesetzt.
Beim eingesetzten Laser-Pulverbettverfahren verteilt ein Drucker zunächst eine dünne Schicht des Pulvers und erhitzt ausgewählte Bereiche mit einem Laser. Die Körner sintern dadurch zu einem festen Verbund zusammen, bevor weitere Schichten hinzukommen. Mit verschiedenen Lasereinstellungen untersuchte das Team zunächst einzelne Lagen und anschließend dreidimensionale Probekörper.
„Es gibt nichts anderes, woran sich das Material bindet. Das Regolithpulver verbindet sich mit sich selbst“, erklärt Erstautor Cole McCallum von der University of Arkansas.
Statt komplette Wände direkt zu drucken, stellten die Forscher kleine, einzeln verwendbare Elemente her. Einige der wenige Zentimeter breiten Stücke waren kreuzförmig, andere ähnelten dem Buchstaben H. Die verschiedenen Formen lassen sich ähnlich wie Lego-Steine zusammenstecken und zu größeren Strukturen neu anordnen.
Für die Festigkeitsprüfung fertigte das Team außerdem würfelförmige Proben an. Bei Druckversuchen erreichten diese in der veröffentlichten Fachfassung eine maximale Druckfestigkeit von rund 3,4 Megapascal. Der Wert beschreibt die Widerstandsfähigkeit der untersuchten Proben, ist aber noch kein Nachweis für die Belastbarkeit ganzer Bauwerke.
Die ohne Bindemittel hergestellten Teile sind zudem poröser und mechanisch schwächer als entsprechende Bauteile mit Zusätzen. Ein selbst stehendes Gebilde ist deshalb nicht automatisch dazu geeignet, weitere Lasten wie ein Dach zu tragen. Gerade diese Unterscheidung ist für mögliche Anwendungen auf der Mondoberfläche entscheidend.
„Die Strukturen, die wir herstellen, können sich selbst tragen. Aber ich wäre derzeit noch zurückhaltend damit, zu behaupten, dass unser Verfahren für etwas eingesetzt werden könnte, das zusätzliche Lasten trägt“, sagt Cole McCallum.