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Mar 12, 2024

Equipamento de laboratório impresso em 3D para medir materiais a granel em condições extremas

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17331 (2022) Citar este artigo 1703 Acessos 1 Citações 12 Detalhes de métricas altmétricas Devido a soluções relativamente novas no campo da impressão 3D, há

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17331 (2022) Citar este artigo

1703 Acessos

1 Citações

12 Altmétrico

Detalhes das métricas

Devido às soluções relativamente novas no campo da impressão 3D, existem poucos estudos sobre a possibilidade de utilização de elementos impressos em dispositivos de medição. O objetivo deste estudo foi investigar a possibilidade de utilização de instrumentos confeccionados pelo método de impressão 3D por extrusão de materiais para medição de propriedades físico-mecânicas selecionadas de materiais a granel. O estudo explora a viabilidade de medir as propriedades físico-mecânicas de materiais a granel quando há obstáculos para a impressão de instrumentos de medição originais ou modificados na prática comum. Para atingir os objetivos, uma série de experimentos, como testes de cisalhamento em anel de Schulze, testes de cisalhamento FT4 de Freeman, testes de compressibilidade e testes de vazão e estabilidade foram realizados com o uso de instrumentos originais feitos de alumínio ou aço e instrumentos impressos em 3D de ácido polilático e estireno acrílico. materiais de acrilonitrila, usando simuladores de regolito lunar LHS-1 e LMS-1 produzidos pelo CLASS Exolith Lab como material de amostra. Os resultados obtidos nos testes com instrumentos originais e impressos foram então comparados. Os valores comparados dos testes mostraram aplicabilidade dos instrumentos de medição impressos em 3D em uma faixa de 5% de desvio de medição. As maiores vantagens dos instrumentos de medição impressos em 3D foram o menor peso, a capacidade de imprimir no local, substituir uma peça danificada por uma nova peça impressa em 3D sob demanda caso sejam necessários resultados extremamente rápidos ou devido à indisponibilidade logística, personalização dos testes padronizados para melhor compreensão do comportamento dos materiais particulados e custos de fabricação mais baratos.

Cientistas e engenheiros fizeram um desenvolvimento significativo nas missões de exploração de planetas e corpos celestes nas últimas décadas e adquiriram conhecimento sobre os seus recursos e propriedades. Porém, além de chegar aos planetas, pousar com segurança no universo ainda se mostra uma tarefa difícil. Para mudar isso, recursos geológicos, dados atmosféricos e de radiação são coletados por sondas e rovers, que são necessários para verificar as medições feitas por sondas em órbita. Landers e rovers equipados com lanças de escavadeira extraem rochas e poeira para análise de propriedades de materiais1. O objectivo é recolher dados e preparar estratégias para construir locais de aterragem e habitats de protecção contra radiações, e desenvolver construções adequadas, tais como infra-estruturas, fábricas e laboratórios, antes da chegada dos astronautas.

Para ampliar e facilitar tais missões de exploração, são necessários dois conceitos in situ2,3. Em primeiro lugar, trata-se de equipamentos e infraestruturas de fabricação e reparação in situ (ISFR). Em segundo lugar, é a utilização de recursos in situ (ISRU). Como resultado, os recursos para fabricação lunar in situ têm sido intensamente estudados na última década e diversas tecnologias têm sido propostas4,5,6,7. Para simular materiais de outros planetas são utilizados produtos à base de cerâmica, como o regolito lunar1, que é uma areia muito fina8. Em ambiente terrestre foram desenvolvidos simuladores de regolito lunar com propriedades físico-mecânicas semelhantes9, como LHT-1 M3, NU-LHT7 ou JSC-1A10. No entanto, devido ao ambiente físico diferente, as propriedades dos materiais e o comportamento em outros corpos celestes diferem da Terra. O comportamento dos regolitos reais difere com base no ângulo linearizado de atrito interno (LAIF, ϕ), ângulo efetivo de atrito interno (EAIF, δ), função de fluxo (ffc), coesão c e compressibilidade, dependendo do ambiente em que os regolitos são medidos em , local de escavação do regolito, ambiente de origem do regolito e ambiente de transformação do regolito. A composição dos regolitos varia de lugar para lugar devido à variabilidade nas colisões de asteróides e ao desgaste pelo vento ou pela água. Portanto, haverá uma necessidade crucial de ser capaz de medir as propriedades físico-mecânicas dos regolitos in situ e dos recursos materiais a granel durante as missões de exploração .