Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67282710.31857/S0023420624050107IGWAGQArticlesСтатьиResearch ArticleЛабораторные испытания селективного лазерного сплавления имитаторов лунного реголита с различными гранулометрическими свойствамиЛабораторные испытания селективного лазерного сплавления имитаторов лунного реголита с различными гранулометрическими свойствамиТомилинаТ. М.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruКимА. А.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruЛисовД. И.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruЛысенкоА. М.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruИнститут машиноведения им. А.А. Благонравова РАНИнститут космических исследований РАН0612202462552554127022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672827

В статье представлены результаты лабораторных испытаний селективного лазерного сплавления (СЛС) порошковых композиций имитаторов лунного реголита из земных пород габбро-диабаза и лабрадорита, которые имеют различные диапазоны фракционности. Показано, что композиции с узкими диапазонами фракционности с размерами частиц 50…100 мкм и 100…140 мкм позволяют изготовить тестовые образцы с достаточно хорошими свойствами с параметрами относительно низкой пористости и приемлемым воспроизведением заданной геометрической формы. Получены экспериментальные зависимости пористости тестовых образцов от величины объемной плотности энергии сплавления. В обоих случаях узких диапазонов фракционности порошковых композиций из габбро-диабаза, как для 50…100 мкм, так и 100…140 мкм, эти зависимости практически совпадают с ростом плотности энергии и при 20 Дж/мм3 и выше достигают минимального значения пористости 30…35 %. С другой стороны, было экспериментально установлено, что применение СЛС для порошковых композиций с широким диапазоном фракционности от нескольких микрон до 100 мкм не позволяет изготовить тестовые образцы с удовлетворительными свойствами — как по низкой пористости, так и по точности соответствия заданной геометрии.

В статье представлены результаты лабораторных испытаний селективного лазерного сплавления (СЛС) порошковых композиций имитаторов лунного реголита из земных пород габбро-диабаза и лабрадорита, которые имеют различные диапазоны фракционности. Показано, что композиции с узкими диапазонами фракционности с размерами частиц 50…100 мкм и 100…140 мкм позволяют изготовить тестовые образцы с достаточно хорошими свойствами с параметрами относительно низкой пористости и приемлемым воспроизведением заданной геометрической формы. Получены экспериментальные зависимости пористости тестовых образцов от величины объемной плотности энергии сплавления. В обоих случаях узких диапазонов фракционности порошковых композиций из габбро-диабаза, как для 50…100 мкм, так и 100…140 мкм, эти зависимости практически совпадают с ростом плотности энергии и при 20 Дж/мм3 и выше достигают минимального значения пористости 30…35 %. С другой стороны, было экспериментально установлено, что применение СЛС для порошковых композиций с широким диапазоном фракционности от нескольких микрон до 100 мкм не позволяет изготовить тестовые образцы с удовлетворительными свойствами — как по низкой пористости, так и по точности соответствия заданной геометрии.

Российский научный фондRussian Science Foundation22-22-00840Митрофанов И.Г. Об освоении Луны. Русский космизм, лунная гонка и открытие «новой Луны» // Земля и Вселенная. 2019. № 1. С. 5–17. DOI: 10.7868/S0044394819010018Mitrofanov I.G., Sanin A.B., Boynton W.V. et al. Hydrogen Mapping of the Lunar South Pole Using the LRO Neutron Detector Experiment LEND // Science. 2010. V. 330 (6003). P.483–486. https://doi.org/10.1126/science.1185696Флоренский К.П., Базилевский А.Т., Николаева О.В. Лунный грунт: свойства и аналоги. М.: [б.и.], 1975.Taylor L.A., Pieters C. M., Britt D. Evaluations of Lunar Regolith Simulants // Planetary and Space Science. 2016. V. 126. P. 1–7. http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2016.04.005Farries K.W., Visintin P., Smith S.T. Construction of lunar masonry habitats using laser-processed bricks // 71st Int. Astronautical Congress (IAC) – The CyberSpace Edition. 2020.Fateri M., Gebhardt A. Process Parameters Development of Selective Laser Melting of Lunar Regolith for On-Site Manufacturing Applications // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2015. V. 12. Iss. 1. P. 46–52. DOI: 10.1111/ijac.12326Caprio L., Demir A.G., Previtali B. et al. Determining the feasible conditions for processing lunar regolith simulant via laser powder bed fusion // Additive Manufacturing. 2020. V. 32. Art.ID. 101029. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.101029Cesaretti G., Dini E., Kestelier X.D. et al. Building components for an outpost on the Lunar soil by means of a novel 3D printing technology // Acta Astronautica. 2014. V. 93. P. 430–450. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.07.034Taylor S.L., Jakus A.E., Koube K.D. et al. Sintering of micro-trusses created by extrusion-3D-printing of lunar regolith inks // Acta Astronautica. 2018. V. 143. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.11.005Grugel R.N. Integrity of sulfur concrete subjected to simulated lunar temperature cycles // Advances in Space Research. 2012. V. 50. P. 1294–1299. http://dx.doi.org/10.1016/j.asr.2012.06.027Simonds C.H. Sintering and hot pressing of Fra Mauro composition glass and the lithification of lunar breccias // American J. Science. 1973. V. 273. P. 428–439. https://doi.org/10.2475/ajs.273.5.428Allen C.C., Morris R.V., McKay D.S. Oxygen extraction from lunar soils and pyroclastic glass // Journal of Geophysical Research: Planets. 1996. V.101. P.26085–26095. https://doi.org/10.1029/96JE02726Meek T.T., Cocks F.H., Vaniman D.T. et al. Microwave processing of lunar materials: Potential applications // Lunar and Planetary Institute. 1985.Maurice S., Wiens R.C., Saccoccio M. et al. The ChemCam instrument suite on the Mars Science Laboratory (MSL) rover: science objectives and mast unit description // Space Sci. Rev. 2012. V. 170. P. 95–166. DOI: 10.1007/s11214-012-9912-2Balla V.K., Roberson L.B., O’Connor G.W. et al. First demonstration on direct laser fabrication of lunar regolith parts // Rapid Prototyping J. V. 18. Iss. 6. P. 451–457. https://doi.org/10.1108/13552541211271992Goulas A., Binner J.G.P., Harris R.A .et al. Assessing extraterrestrial regolith material simulants for in-situ resource utilisation based 3D printing // Applied Materials Today. 2017. V. 6. P. 54–61. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2016.11.004Gerdes N., Fokken L. G., Linke S. et al. Selective Laser Melting for processing of regolith in support of a lunar base// J. Laser Applications. 2018. V. 30. Art.ID. 032018. DOI: 10.2351/1.501857Томилина Т.М., Ким А.А., Лисов Д.И. и др. Эксперимент «Лунный-принтер» по лазерному сплавлению лунного реголита в космическом проекте «Луна-грунт» // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 4. С. 311–321. DOI: 10.31857/S0023420622600313.Rose H. J., Baedecker P. A., Berman S. et al. Chemical composition of rocks and soils returned by the Apollo 15, 16, and 17 missions // Proc. Lunar Sci. Conf. 6th. 1975. P. 1363–1373.Ray C.S., Reis S.T., Sen S. et al. JSC-1A lunar soil simulant: Characterization, glass formation, and selected glass properties // J. Non-Crystalline Solids. 356. 2010. V. 44. P. 2369–2374. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2010.04.049Material Safety Data Sheet NU-LHT-2M. 2008. NU-LHT – NASA. https://ares.jsc.nasa.gov/projects/simulants/_resources/nu-lht-2m_sds.pdfРодэ О.Д., Иванов А.В., Назаров М. А. и др. Атлас микрофотографий поверхности частиц лунного реголита. Прага: Академия, 1979. 242 с.Smelov V.G., Sotov A.V., Agapovichev A.V. et al. Selective Laser Melting of Metal Powder of Steel 316l // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. V. 142. Art.ID. 012071. DOI:10.1088/1757-899X/142/1/012071Goulas A., Binner J.G.P., Engstrom D.S. et al. Mechanical behaviour of additively manufactured lunar regolith simulant components // Proc. IMechE Part L: J. Materials: Design and Applications. 2018. DOI: 10.1177/1464420718777932