一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法及月壤3d打印件-凯发k8娱乐

本申请属于月面增材制造，更具体地说，是涉及一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法及月壤3d打印件。

背景技术：

1、月球具有丰富的氦-3、钛铁矿、硅等战略资源，是对地球资源的重要补充，也是未来深空探测的重要资源储备站与中转站，随着探月计划的顺利实施，开发月球资源和建设月球基地是世界各大航天强国的关注焦点。由于月球与地球距离超过38万公里，地月运输成本高昂，大规模的运送地球物质至月球极为困难，因此在月球基地建造中充分利用月球资源实现月面原位制造对于载人月球项目的后续发展具有重要意义。

2、在原位月壤3d打印研究方面，国内外学者首先提出了采用太阳能、激光、电子束等多种烧结方法进行月壤原位成形。但是这类方法均存在诸多限制因素，例如，太阳能聚光束打印需要采用集中器阵列聚集太阳光对月壤进行熔融烧结成形，该方法不消耗额外材料，但是需要搭建大型的聚光装置，前期建造成本高，并且成形件空隙率高、力学性能较低。电子束、激光烧结面临着设备功耗过大，月面真空散热受限，成形结构精度低、脆性大等问题。

3、专利文献cn 110256039公开了一种基于月壤混凝土的3d打印技术，该方法采用月壤/镁基化合物/水混合制备混凝土进行挤出打印成形，其中镁基化合物与水总含量占比高达37-40％，地月运输成本太高，其经济适用性有待进一步验证。

4、专利文献cn 113816725 a公开了一种基于立体光固化的月壤3d打印技术，该方法将月壤与光敏树脂进行混合，通过紫外光固化成形胚体后进行烧结成形，其过程复杂：包含月壤粉末改性、混合分散、打印、脱脂烧结等步骤，并且不包括改性分散溶剂等前提下，树脂及改性剂质量分数占20-30％，依然存在地月运输成本过高等问题。

5、国内外部分研究采用碱激发剂作为添加剂，通过地质聚合物技术实现了月壤固化成形，但是由于月壤活性低，需要添加大量玻璃质、偏高岭土等才能固化成形，因此在月面原位制造上也存在经济适用性问题。

6、综上所述，目前百分百原位月壤打印技术均面临能耗高、力学性能差等问题。虽然采用添加剂的3d打印技术打印精度高，但也存在添加剂含量占比过高，仍然面临地月运输成本过高的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法及月壤3d打印件，以实现低添加剂含量月壤的3d打印，解决地月运输成本较高的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，包括以下步骤：

3、s1、制备模拟月壤；所述模拟月壤成分参照月球高地、月海典型特征月壤，所述模拟月壤成分为：41.25％≤sio2≤48.10％，7.9％≤al2o3≤26.4％，0.55％≤tio2≤5.12，5.76％≤feo≤22.7％，0.19％≤na2o≤0.7％，6.33％≤mgo≤17.1％，0.01％≤k2o≤2.29％，8.4％≤cao≤15.55％，所述模拟月壤颗粒的粒径满足500nm≤d50≤11μm；

4、s2、向所述模拟月壤中加入碱激发剂水溶液，混匀后得到模拟月壤打印浆料；所述碱激发剂在所述模拟月壤打印浆料中的质量占比在5％以内；

5、s3、将所述模拟月壤打印浆料静置后再进行3d打印成形，得到月壤打印件；

6、s4、将所述月壤打印件放入真空干燥箱中进行养护处理。

7、进一步地，所述模拟月壤包括以下成分：以所述模拟月壤质量为100份计，火山灰质量份数为80～85份、磁铁矿质量份数为3～15份、钛铁矿或镁橄榄石质量份数为5～15份、石英砂质量份数为0.1～5份。

8、进一步地，所述模拟月壤通过以下方法制备：将所述模拟月壤各组分混匀，之后研磨至粒径满足500nm≤d50≤11μm。

9、进一步地，所述碱激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠中的至少一种。

10、进一步地，所述碱激发剂由氢氧化钠和硅酸钠混合组成，其中氢氧化钠占比70％～90％。

11、进一步地，所述养护处理的条件为：20～80℃下养护7～28天。

12、进一步地，所述静置时间为5～120分钟，打印窗口不低于60分钟。

13、进一步地，所述3d打印成形过程中通过切片软件对挤出头内径、打印层高、打印速度、填充方向、填充率和挤出压力进行设置。

14、进一步地，所述挤出头内径范围为0.5mm～3mm，所述打印层高为0.5～0.95倍的所述挤出头内径，所述打印速度为600～1200mm/min，所述填充方向为0°、45°、90°、-45°、45°中的任意一种，所述填充率范围为85％～100％，所述挤出压力范围为0.4kg/cm2～6kg/cm2。

15、本申请还提供了一种面向月面原位建造的月壤3d打印件，采用上述任一项所述的打印方法得到。

16、与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：

17、本申请的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法是基于地质聚合物反应的成形技术，其反应过程中水仅作为过程反应物，反应前后无消耗，可循环利用。在不添加外加活性物质前提下，根据月壤非活性物质含量，将月壤进行球磨细化颗粒，使得模拟月壤颗粒的粒径满足500nm≤d50≤11μm，以提高月壤反应活性，可调控碱激发月壤地质聚合物初期反应速度，改善其可打印性，最大化降低添加剂含量，可将添加剂(碱激发剂)在模拟月壤打印浆料中的添加量降低至5％以下，并且适用于高地、月海等典型特征月壤。本申请方法将显著降低地月运输成本，使碱激发月壤3d打印实际应用成为可能。并且碱激发月壤挤出打印能耗低，制造速度快，致密度高，力学性能优异，可满足原位快速制备高强度高精度月壤结构件/功能件的需求。并且月壤当中存在丰富的钠、钾、硅元素，未来或可进行原位提取合成碱激发剂，实现百分百原位制造。

18、本申请的一种面向月面原位建造的月壤3d打印件中添加剂(碱激发剂)的添加量达到5％以下，且抗压强度高，可满足原位快速制备高强度高精度月壤结构件/功能件的需求。

1.一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述模拟月壤包括以下成分：以所述模拟月壤质量为100份计，火山灰质量份数为80～85份、磁铁矿质量份数为3～15份、钛铁矿或镁橄榄石质量份数为5～15份、石英砂质量份数为0.1～5份。

3.如权利要求2所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述模拟月壤通过以下方法制备：将所述模拟月壤各组分混匀，之后研磨至粒径满足500nm≤d50≤11μm。

4.如权利要求1所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述碱激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠中的至少一种。

5.如权利要求4所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述碱激发剂由氢氧化钠和硅酸钠混合组成，其中氢氧化钠占比70％～90％。

6.如权利要求1所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述养护处理的条件为：20～80℃下养护7～28天。

7.如权利要求1所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述静置时间为5～120分钟，打印窗口不低于60分钟。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述3d打印成形过程中通过切片软件对挤出头内径、打印层高、打印速度、填充方向、填充率和挤出压力进行设置。

9.如权利要求8所述的一种面向月面原位建造的月壤3d打印方法，其特征在于，所述挤出头内径范围为0.5mm～3mm，所述打印层高为0.5～0.95倍的所述挤出头内径，所述打印速度为600～1200mm/min，所述填充方向为0°、45°、90°、-45°、45°中的任意一种，所述填充率范围为85％～100％，所述挤出压力范围为0.4kg/cm2～6kg/cm2。

10.一种面向月面原位建造的月壤3d打印件，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的打印方法得到。