Additive manufacturing for lunar settlements: challenges, applications and future design prospects

As humans return to the lunar surface, almost 60 years after the last lunar mission, public and private actors with various disciplinary backgrounds are working on how to make this possible and feasible. While advances in space travel are driving down costs, additive manufacturing (AM) offers new possibilities for in-situ resource utilisation (ISRU), which will further enable autonomous lunar settlement development in the future. This research investigates the current state of AM processes that use lunar regolith and their implementation in lunar analogue environments on Earth as a testing ground for future missions in space. An in-depth literature review was conducted, showing key technologies and assessing their strengths, weaknesses, opportunities, and challenges through SWOT analysis regarding small-scale products. The findings reveal a gap between manufacturing development and real-world implementation, highlighting the need for further experimentation and testing. Although various AM techniques exist, only a few may be viable for small-scale, astronaut-use objects inside lunar habitats. The work shows that AM techniques might be more feasible through indirect or mixed-use, as well as changes in design. Addressing these challenges now will enhance self-sufficiency for lunar missions in the future, decrease reliance on resupply logistics, and contribute valuable insights for designing sustainable technologies and approaches in remote and extreme environments on Earth.

Con il ritorno dell’uomo sulla superficie lunare, quasi 60 anni dopo l’ultima missione lunare, attori pubblici e privati con diversi background disciplinari stanno lavorando su come rendere possibile e fattibile questo evento. Mentre i progressi nei viaggi spaziali stanno riducendo i costi, la fabbricazione additiva (AM) offre nuove possibilità per l’utilizzo delle risorse in situ (ISRU), che consentirà in futuro lo sviluppo di insediamenti lunari autonomi. Questa ricerca analizza lo stato attuale dei processi AM che utilizzano il regolite lunare e la loro implementazione in ambienti analoghi a quelli lunari sulla Terra, come terreno di prova per le future missioni nello spazio. È stata condotta un’approfondita revisione della letteratura, mostrando le tecnologie chiave e valutando i loro punti di forza, le debolezze, le opportunità e le sfide attraverso l’analisi SWOT per quanto riguarda i prodotti su piccola scala. I risultati rivelano un divario tra lo sviluppo della produzione e l’implementazione nel mondo reale, evidenziando la necessità di ulteriori sperimentazioni e test. Sebbene esistano diverse tecniche di AM, solo alcune potrebbero essere praticabili per oggetti su piccola scala, destinati all’uso da parte degli astronauti all’interno degli habitat lunari. Il lavoro mostra che le tecniche AM potrebbero essere più fattibili attraverso l’uso indiretto o misto, così come attraverso modifiche al design. Affrontare queste sfide ora migliorerà l’autosufficienza per le missioni lunari del futuro, diminuirà la dipendenza dalla logistica di rifornimento e contribuirà a fornire preziose intuizioni per la progettazione di tecnologie e approcci sostenibili in ambienti remoti ed estremi sulla Terra.