Bubuk abu berwarna abu-abu ternyata bisa berubah menjadi struktur yang menyerupai batu keras saat terkena pancaran cahaya laser tepat. Teknologi cetak 3D berbasis laser ini memungkinkan simulasi debu bulan dilelehkan dan dilapiskan menjadi bentuk padat yang tahan terhadap panas dan tekanan mekanis.
Para insinyur dari The Ohio State University mengembangkan metode yang disebut laser-directed energy deposition (LDED). Proses ini melibatkan pemberian bubuk material ke dalam kolam lelehan laser, yang kemudian mendingin dan mengeras menjadi struktur baru. Teknik ini memungkinkan pembuatan komponen konstruksi secara langsung di permukaan bulan.
Material Konstruksi dari Debu Bulan
Lapisan debu halus di bulan disebut regolith, hasil dari benturan meteor selama miliaran tahun yang menghancurkan batuan hingga menjadi fragmen kecil. Karena sampel asli langka, para ilmuwan menggunakan substitusi laboratorium yang disebut LHS-1, meniru regolith dari dataran tinggi bulan.
LHS-1 mengandung mineral mirip keramik sehingga cocok untuk struktur yang tahan panas tinggi. Namun, proses menghasilkan material yang kuat dan tahan lama tidak sederhana. Variasi kecil saat pencetakan dapat memengaruhi struktur mikroskopis, yang akhirnya menentukan kekuatan dan daya tahan bahan.
Menurut Sizhe Xu, penulis utama studi tersebut, mencampur material logam dan keramik pada proses cetak membuat hasil akhir sangat sensitif terhadap lingkungan. Kondisi sekitar memengaruhi sifat mekanik dan ketahanan terhadap kejut panas.
Pengaruh Permukaan dan Lingkungan Cetak
Salah satu tantangan awal adalah agar material cair bisa melekat pada permukaan dasar saat cetak. Pengujian dengan dasar logam stainless steel dan kaca menunjukkan hasil kurang memadai. Pada logam, material cair membentuk tetesan, tidak menyebar dan tidak melekat. Pada kaca, bahan melekat saat energi laser rendah, tetapi retak ketika energi meningkat.
Dasar keramik yang terbuat dari alumina dan silika memberikan hasil terbaik. Kesamaan kimia antara dasar dan material cetak membantu pembentukan kristal di antaranya, memperkuat ikatan dan stabilitas. Penemuan ini menunjukkan bahwa lingkungan cetak dan permukaan yang digunakan sama pentingnya dengan bahan regolith itu sendiri.
Struktur Kristal Mikro yang Mempengaruhi Kualitas
Pada suhu tinggi, simulasi regolith berubah menjadi campuran mineral didominasi anortit dengan mullit dan kuarsa dalam jumlah lebih kecil. Mullit menarik perhatian karena kestabilan termalnya yang tinggi, ekspansi rendah, dan ketahanannya terhadap retak — sifat yang penting untuk aplikasi luar angkasa dan suhu tinggi.
Studi ini menemukan tingkat oksigen sangat mempengaruhi proses pembentukan kristal mullit. Lingkungan beroksigen rendah menghasilkan butiran kecil dan seragam, sedangkan udara terbuka menghasilkan butiran besar dan tidak seragam. Perbedaan ini berdampak pada kekerasan dan daya tahan bahan.
Pengujian menunjukkan sampel yang dicetak dalam lingkungan argon memiliki kekerasan rata-rata 625 Vickers hardness unit. Sampel di udara terbuka mencapai 610, dan di vakum parsial sekitar 590. Meski sudah cukup baik, banyak sampel masih memiliki porositas internal berupa gelembung dan rongga yang melemahkan material.
Potensi dan Tantangan Teknologi Cetak 3D di Bulan
Penelitian ini mendukung konsep pemanfaatan sumber daya lokal (in-situ resource utilization) untuk konstruksi di luar Bumi. Program Artemis NASA berencana membangun kehadiran manusia berkelanjutan di bulan, namun membawa bahan bangunan dari Bumi sangat mahal dan sulit secara logistik.
Dengan teknologi cetak berbasis regolith bulan, massa yang harus diluncurkan ke bulan dapat dikurangi drastis. Infrastruktur dan alat bisa diproduksi oleh robot sebelum astronot tiba. Namun, sistem saat ini menggunakan gas argon untuk pengantaran bubuk, yang tidak praktis di bulan karena hampir tidak ada atmosfer.
Sistem masa depan mungkin menggunakan mekanisme pengumpanan mekanik dan tenaga matahari atau sistem hibrida sebagai sumber energi. Teknologi ini masih perlu disempurnakan agar fleksibilitas dan keandalannya maksimal dalam kondisi ruang angkasa yang sulit diprediksi.
Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Acta Astronautica ini mendapat dukungan dari Ohio State’s Institute for Materials and Manufacturing Research dan Center for Electron Microscopy and Analysis. Para peneliti berharap hasil eksperimen ini menjadi langkah awal untuk membangun masa depan konstruksi lunar dengan memanfaatkan bahan setempat secara efektif.
