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Mar 12, 2024

Équipement de laboratoire imprimé en 3D pour mesurer des matériaux en vrac dans des conditions extrêmes

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 17331 (2022) Citer cet article 1703 Accès 1 Citations 12 Détails d'Altmetric Metrics En raison de solutions relativement nouvelles dans le domaine de l'impression 3D, il

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17331 (2022) Citer cet article

1703 Accès

1 Citation

12 Altmétrique

Détails des métriques

En raison de solutions relativement nouvelles dans le domaine de l’impression 3D, il existe peu d’études sur la possibilité d’utiliser des éléments imprimés dans des appareils de mesure. Le but de cette étude était d'étudier la possibilité d'utiliser des instruments fabriqués par la méthode d'impression 3D par extrusion de matériaux pour mesurer certaines propriétés mécaniques et physiques de matériaux en vrac. L'étude explore la faisabilité de mesurer les propriétés mécaniques et physiques des matériaux en vrac lorsqu'il existe des obstacles à l'impression d'instruments de mesure originaux ou modifiés dans la pratique courante. Pour atteindre ces objectifs, une série d'expériences telles que les tests de cisaillement annulaire de Schulze, les tests de cisaillement FT4 de Freeman, les tests de compressibilité et les tests de débit et de stabilité ont été réalisées en utilisant des instruments originaux en aluminium ou en acier et des instruments imprimés en 3D à partir d'acide polylactique et de styrène acrylique. matériaux acrylonitrile, en utilisant les simulants de régolithe lunaire LHS-1 et LMS-1 produits par CLASS Exolith Lab comme matériau d'échantillon. Les résultats obtenus à partir de tests avec des instruments originaux et imprimés ont ensuite été comparés. Les valeurs comparées des tests ont montré l'applicabilité des instruments de mesure imprimés en 3D dans une plage d'écart de mesure de 5 %. Les plus grands avantages des instruments de mesure imprimés en 3D étaient le poids réduit, la possibilité d'imprimer sur place, de remplacer une pièce endommagée par une nouvelle pièce imprimée en 3D à la demande si des résultats extrêmement rapides sont nécessaires ou en raison de l'indisponibilité logistique, de la personnalisation. des tests standardisés pour une meilleure compréhension du comportement des matériaux particulaires et des coûts de fabrication moins élevés.

Les scientifiques et les ingénieurs ont réalisé un développement significatif dans les missions d'exploration des planètes et des corps célestes au cours des dernières décennies et ont acquis des connaissances sur leurs ressources et leurs propriétés. Cependant, en plus d'atteindre les planètes, atterrir en toute sécurité dans l'univers s'avère toujours être une tâche difficile. Pour changer cela, les ressources géologiques, les données sur l'atmosphère et les radiations sont collectées par des atterrisseurs et des rovers, qui doivent vérifier les mesures effectuées par des sondes depuis l'orbite. Les atterrisseurs et les rovers équipés de flèches d'excavatrice extraient les roches et la poussière pour analyser les propriétés des matériaux1. L’objectif est de collecter des données et de préparer des stratégies pour construire des sites d’atterrissage et des habitats de protection contre les radiations, ainsi que de développer des constructions appropriées, telles que des infrastructures, des usines et des laboratoires, avant l’arrivée des astronautes.

Pour prolonger et faciliter de telles missions d’exploration, deux concepts in situ sont nécessaires2,3. Il s’agit tout d’abord d’équipements et d’infrastructures de fabrication et de réparation in situ (ISFR). Deuxièmement, il s’agit de l’utilisation des ressources in situ (ISRU). En conséquence, les ressources pour la fabrication lunaire in situ ont été étudiées intensément au cours de la dernière décennie et plusieurs technologies ont été proposées4,5,6,7. Pour simuler des matériaux sur d’autres planètes, on utilise des produits à base de céramique, comme le régolithe lunaire1, qui est du sable très fin8. En environnement terrestre, des simulants de régolithe lunaire présentant des propriétés mécaniques et physiques similaires9 ont été développés, tels que LHT-1 M3, NU-LHT7 ou JSC-1A10. Cependant, en raison de l'environnement physique différent, les propriétés et le comportement des matériaux sur les autres corps célestes diffèrent de ceux de la Terre. Le comportement des régolithes réels diffère en fonction de l'angle linéarisé de frottement interne (LAIF, ϕ), de l'angle effectif de frottement interne (EAIF, δ), de la fonction d'écoulement (ffc), de la cohésion c et de la compressibilité, en fonction de l'environnement dans lequel les régolithes sont mesurés. , lieu de fouille du régolithe, environnement d'origine du régolithe et environnement de transformation du régolithe. La composition des régolithes varie d'un endroit à l'autre en raison de la variabilité des collisions d'astéroïdes et de l'altération par le vent ou l'eau. Il sera donc crucial de pouvoir mesurer les propriétés mécaniques et physiques des régolithes in situ et des ressources matérielles en vrac lors des missions d'exploration11.