Sustainable lunar additive manufacturing of high regolith-loaded PEKK composites for space infrastructure
Notice bibliographique
Résumé
Minimizing the cost and complexity of space missions requires sustainable strategies for in-situ manufacturing using local resources. Additive manufacturing, particularly material extrusion (MEX), offers a practical route for fabricating lunar infrastructure components from regolith-reinforced thermoplastics. This work presents the development and characterization of Polyether-Ketone-Ketone (PEKK)/Lunar Regolith Simulant (LRS) composites with loadings up to 60 wt%, fabricated via twin-screw extrusion. Thermal, rheological, and microstructural analyses revealed uniform LRS dispersion and identified a critical viscosity threshold above 30 wt% that coincides with a ductile-to-brittle fracture transition. Density and porosity measurements showed that annealing increased porosity at low filler contents but reduced it at high loadings through matrix densification. Mechanical testing confirmed the interplay between filler fraction, fracture mode, and post-processing, with annealed 60 wt% composites achieving a 13.7% tensile strength improvement compared to their as-printed counterparts. A novel adapted tensile strength model was proposed, explicitly integrating volume fraction, porosity, and fracture regime, and demonstrated strong agreement with experimental results across both amorphous and annealed states. Demonstration prints of complex lunar rover wheel prototypes validated printability at high regolith contents and highlighted superior dimensional stability after annealing. These findings establish a material–process–property framework for defect-controlled additive manufacturing of high-regolith composites, supporting the design of resilient, resource-efficient structures for long-term lunar infrastructure under extreme thermal cycling, radiation, and vacuum conditions to support sustainable in-situ aerospace additive manufacturing development for future space missions. • PEKK/Lunar regolith composites fabricated with up to 60 wt% loading via twin-screw extrusion. • A novel tensile strength model integrates filler fraction, porosity, and fracture regime. • Critical viscosity threshold (>30 wt% LRS) linked to ductile–brittle transition identified. • Annealing increases porosity at low LRS but decreases it at high loadings through densification. • Complex lunar rover wheels successfully 3D-printed at 50–60 wt% LRS with high stability.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».