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美国阿肯色大学研究团队近日展示了一项面向未来月球定居的重要技术突破。研究人员成功利用模拟月壤直接制造出可相互拼接的积木状建筑模块，而且整个过程无需添加额外黏结剂或其他材料。这意味着未来在月球建设基地时，宇航员或许能够大量利用当地资源，减少从地球运输建筑材料的需求。
研究人员将这一设想比作搭建巨型乐高模型。不同的是，建筑材料不再是塑料积木，而是由月球表面遍布的月壤制成的互锁模块。这些模块能够拼接组合成更大型的结构，为未来永久性月球基地的建设提供新的可能。
此次研究所使用的是名为LHS-1的商业化模拟月壤材料，该材料根据阿波罗登月任务带回的月球样本特征研制而成。月壤与地球土壤不同，不含有机物质，而是由数十亿年来小行星、微陨石以及各种太空碎片撞击月球后形成的尖锐颗粒构成。
研究成果发表于《NPJ Advanced Manufacturing》期刊。论文第一作者为阿肯色大学本科生科尔·麦卡勒姆，通讯作者则是机械工程助理教授寿万（Wan Shou）。
在实验过程中，团队采用了一种名为“激光粉末床熔融”的3D打印技术。该工艺首先在平台上铺设一层薄薄的粉末，然后利用高能光源对特定区域进行加热，使颗粒通过烧结作用彼此结合。随后平台下降，再铺设新一层粉末并重复这一过程，最终逐层构建出三维物体。
此前也有研究团队实现过月壤3D打印，但通常需要加入额外的黏结剂来增强结构强度。然而这些材料未来若用于月球建设，仍需要从地球运输，增加任务成本和复杂度。
此次阿肯色大学团队首次证明，模拟月壤能够在不使用任何黏结剂的情况下，仅依靠相对低功率的光源直接烧结成可重新配置的建筑模块。正如研究人员所解释的那样，月壤颗粒之间实现了自我结合，而非依赖外部材料完成连接。
实验中制造出的模块尺寸约为数厘米，形状包括十字形和“H”形等结构。这些模块能够像乐高积木一样相互咬合，进而组合成更大规模的建筑体系。
不过，研究人员同时指出，这项技术距离实际用于月球工程仍有一定距离。测试结果显示，由纯模拟月壤制成的模块内部孔隙率较高，在结构强度方面仍弱于添加黏结剂制造的同类产品。
麦卡勒姆表示，目前制造出的结构已经能够自我支撑，但现阶段还无法保证其足以承担更高载荷，因此尚不适合作为承重建筑材料直接投入使用。
此外，团队还需要进一步验证该技术在真实月球环境中的表现。研究人员指出，月球低重力和真空条件可能会对打印过程产生影响，因此需要开展更多实验，以了解技术在实际月面环境下的可行性。同时，研究团队还计划对材料性能进行改进，提高其机械强度和耐久性。
尽管如此，寿万教授对技术前景依然保持乐观。他认为，这种无需额外材料的制造方式未来有望成为月球长期定居点建设的重要基础技术，为在月球上生产建筑构件和基础设施提供高效解决方案。
对于第一作者麦卡勒姆而言，这项研究也成为其科研生涯的重要起点。来自美国阿肯色州小石城的他在本科阶段便加入实验室参与科研工作，并在教授鼓励下深入开展增材制造研究。
今年5月，麦卡勒姆以机械工程和物理学双学位毕业，并获得首届“拉斐特奖学金”。该项目为纪念美国建国250周年设立，在超过3400名申请者中仅选出30名学员赴法国攻读硕士学位。
目前，他正在法国图卢兹航空航天高等学院攻读航空航天工程专业。虽然研究方向已经从增材制造转向航空航天领域，但他表示，参与月壤建筑模块项目的经历帮助自己提前积累了科研经验，也让他在面对实验失败和研究挑战时更加从容。
研究团队认为，随着制造工艺和材料性能进一步提升，利用月球本地资源直接生产建筑构件的设想有望从实验室走向现实，为未来人类建立永久月球基地铺平道路。
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