欧空局展示了其月球前哨站“国际月球村”的3D打印钢制地板原型

在这十年里，多个太空机构和商业太空实体将把我们带回月球。但与阿波罗时代不同的是，这些项目的目标不仅仅是“足迹和旗帜”，而是建立必要的基础设施，以便持续使用。特别是，美国宇航局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、俄罗斯航天局（Roscosmos）和中国都在计划建立能够进行科学研究和持续存在的前哨基地。

欧洲航天局目前正在威尼斯双年展（La Biennale di Venezia museum）举行的第17届年度建筑展上展示了其月球前哨站的样子。它被称为“国际月球村”，由SOM建筑公司设计，并得到了欧洲航天局的技术支持。这家公司最近公布了一个金属骨架组件的原型，该组件有朝一日将成为“月球村”月球栖息地的一部分。

上图：“国际月球村”的3D打印钢制地板原型。

该组件由MX3D建造，MX3D是一家位于阿姆斯特丹的3D打印架构和设计公司，专门从事电弧增材制造（WAAM）。 该过程涉及将金属线与激光融合，以制造具有高结构强度的轻质金属物体。该公司以创建横跨阿姆斯特丹 Oudezijds Achterburgwal 运河的3D打印金属桥而闻名（如下所示）。

骨骼、平滑的网状图案将成为每个栖息地的地板的一部分，这些栖息地共同组成了欧洲航天局的国际月球村。该结构原型是机器人3D打印机使用 308LSi 不锈钢制作的，耗时约10天（246小时），直径4.5米，总重量约395公斤（超过870磅）。欧洲航天局高级制造工程师对此表示：

“这是MX3D取得的一项非凡成就，进一步凸显了这种增材制造技术在越来越广泛的空间应用中的潜力。设计的灵活性和将打印结构与嵌入式监控系统相结合的可能性（就像阿姆斯特丹的3D打印桥梁所展示的那样）值得研究在空间结构中的应用。在可持续勘探任务期间，也可以考虑将这种技术用于就地建造基础设施，例如，使用从当地可获得的风化层中提取的金属原料。”

地板组件是由六个独立的部分组成，这些部分在焊接在一起之前是垂直打印的。当与SOM设计的四层半充气住宅相结合时，3D打印结构将由三根柱子支撑，并由一系列地板覆盖。SOM的高级设计师表示，创新的地面设计由住宅墙壁的柱子支撑，悬臂朝向周边和中心。我们查看了制造限制，并使用我们的分析来插值一个遵循3D打印机器的角度限制的蛛网图案。截面和厚度也进行了分析和区分，以减少整体质量 —— 减少外部/内部边界的厚度。

地板和制造过程与 SOM 的栖息地设计一致，该设计要求使用四层半充气外壳共同打造国际月球村。 每个半充气壳结构有四层楼高，并提供尽可能高的体积质量比。 一旦在月球表面膨胀，这些栖息地中的每一个，都将使其原始内部体积大约增加一倍。

上图：SOM在2021年威尼斯建筑双年展上展示的“国际月球村”原型。

该模块的充气设计还允许它在运输时被压缩，然后在部署到月球表面后充气扩张至其全尺寸。 但与以前的充气设计不同，结构和机械系统通常位于中心，SOM 的设计允许开放的内部空间，优化生活体验。 除了展示拟议的月球栖息地中的一个关键组成部分外，地板元素还展示了所涉及的 3D 打印方法的有效性。MX3D首席执行官对此解释道：

“这是一个很好的机会，展示了我们的技术与欧空局和SOM一起制造轻质金属结构的潜力。这对MX3D来说是一个完美的项目，它利用了我们在打印拓扑优化金属结构方面的经验。实现材料的最佳利用是MX3D的目标，因为（就像设计空间应用一样）MX3D在设计中每减少一公斤，都是将项目可行性的直接胜利。”

ESA 材料与工艺团队负责人认为，MX3D 的功能展示了工程和艺术鼓舞人心的共存，并且这也是增材制造已经进入我们社会的另一个很好的例子。对于空间应用，此类技术不仅可以提高性能，还可以带来前所未有的可行设计解决方案。

国际月球村项目是由欧洲航天局发起的一项多学科努力，并与前美国宇航局宇航员、麻省理工学院航空航天教授杰弗里·a·霍夫曼合作开发。同样，该项目也符合2021年建筑双年展的主题 —— “我们将如何生活在一起？”。该赛事共有来自46个国家的112名参赛者。

这个展览的目的是促进共存和可持续发展的理念，以应对全球问题。国际月球村展览旨在展示与太空相关的研究和太空居住的解决方案在地球上的应用。像所有在月球上建立人类存在的计划一样，设计的关键是 —— 就地资源利用（ISRU）和可持续性。

上图：欧洲航天局计划的月球栖息地概念图。

欧洲航天局计划在月球的南极地区部署月球村。南极-艾特肯盆地。在这个区域的永久阴影环形山中，有丰富的水冰，可以收集和用于饮用水、灌溉、氧气和火箭燃料的产生。此外，在陨石坑边缘部署太阳能电池板可以提供电力，这些电池板暴露在几乎连续的日光下。

这种安排将实现一定程度的资源自给，减少了从地球再补给任务的需要，从而减少了总费用。作为一种制造手段，3D金属打印也非常高效，比传统的加工方式浪费的材料要少得多。这些技术也将在国内得到类似的应用，促进可持续的生活解决方案，以减少我们对自然环境的影响。

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