ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
L’utilizzo della regolite lunare per l’In-Situ Resource Utilization (ISRU) è un approccio promettente per consentire un’esplorazione spaziale sostenibile e un insediamento lunare
a lungo termine. Tuttavia, alcuni materiali necessari per questa tecnologia devono essere trasportati dalla Terra, e la tipologia di regolite impiegata nel processo influenza significativamente il risultato finale. Questo studio si concentra su come la manifattura additiva (AM), in particolare la stampa 3D tramite Digital Light Processing (DLP), rappresenti un metodo valido per fabbricare strutture, strumenti e componenti direttamente sulla superficie lunare. Lo studio valuta in che modo le prestazioni meccaniche e le proprietà dei componenti a base di regolite stampati in 3D siano significativamente influenzati dai parametri di sinterizzazione, dalle impostazioni di stampa e dalla composizione del materiale. Una temperatura di sinterizzazione compresa tra 1100°C e 1300°C ed un tasso di riscaldamento compreso tra 0,5°C/min a 4°C/min vengono considerati. La variazione delle percentuali in peso degli additivi altera le proprietà fisiche e meccaniche dei simulanti ceramici della regolite lunare. I risultati mostrano che variando sistematicamente il tasso di riscaldamento durante la sinterizzazione e modificando le percentuali in peso degli additivi si migliorano la prestazione meccaniche del componente finale. Attraverso analisi microstrutturali effettuate con lo Scanning Electron Microscope (SEM) e l’EnergyDispersive X-Ray (EDX), lo studio stabilisce correlazioni tra il tasso di riscaldamento della sinterizzazione, le concentrazioni degli additivi e la densità relativa finale, la porosità e la dimensione media dei pori. Con l’aumento della temperatura di sinterizzazione e la diminuzione del tasso di riscaldamento, le proprietà meccaniche delle ceramiche a base di regolite lunare migliorano significativamente. Il punto di prestazione ideale è stato individuato in una composizione con il 5 wt% di acido borico, sinterizzata a 1250°C con un tasso di riscaldamento di 0,5°C/min.
The utilization of lunar regolith for In-Situ Resource Utilization (ISRU) is a promising approach to enable sustainable space exploration and long-term lunar settlement. Nevertheless, certain materials required for this technology must be transported from Earth,
and the typology of the regolith utilized in the process significantly influences the resulting outcome. This study focuses on how additive manufacturing (AM), specifically Digital Light Processing (DLP) 3D printing, is a viable method for fabricating structures, tools, and components directly on the lunar surface. The study assesses how the mechanical performance and properties of 3D-printed regolith-based components are significantly influenced by sintering parameters, printing settings and material composition. Sintering temperatures from 1100°C to 1300°C and heating rates from 0.5°C/min to 4°C/min are considered. Varying the additive weight percentages alters the physical and mechanical properties of ceramics’ lunar regolith simulants. The results show that systematically varying the heating rate during sintering and changing the additives wt% improves the mechanical performance of the final component. Through micro-structural analysis using Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy-Dispersive X-Ray (EDX), the study establishes correlations between sintering heating rate, additive concentrations, and the final relative density, porosity and average pore size. As the sintering temperature increase and the heating rate decreases, the mechanical properties of the lunar regolith-based ceramics significantly improved. The ideal performance point has been found to be a composition with 5 wt% boric acid content, sintered at 1250°C with a heating rate of 0.5°C/min.