Le projet de bâtiment souterrain polyvalent de Mars (Mars SUBsPaCe) est un habitat conçu pour soutenir une population importante de personnes sur Mars de manière durable et évolutive. Nous croyons qu'un habitat souterrain présente des avantages significatifs par rapport aux structures de surface. Le fait d'être sous terre signifie que le matériau environnant offre une certaine protection contre le rayonnement cosmique accru dû à l'atmosphère martienne plus mince. Le matériau

La conception de SUBsPaCe est basée sur le principe de fonctionnement d'une foreuse terrestre. Elle se compose d'un arbre central entouré d'une structure hélicoïdale. À la base de l'arbre central, il y a une tête de forage massive pour enlever le matériel situé en dessous. De même, il y a quatre têtes de forage superposées à l'extrémité de la structure hélicoïdale. Le bloc du hall d'entrée,

La clé de la polyvalence de notre habitat réside dans la conception modulaire du bloc d'habitation. Comme toute la structure s'enfonce dans le sol, un espace est créé entre le hall d'entrée et le premier bloc d'habitation au début de la structure hélicoïdale. Au fur et à mesure que toute la structure tourne, un nouveau bloc d'habitation peut alors être installé périodiquement. Cela permet une évolutivité en termes d'espace dans l'habitat

Pour chaque tour complet dans le puits central, il y a 10 blocs d'habitation. L'accès à chaque bloc d'habitation se fait via la rampe en spirale principale (pente de 1:12) qui s'étend tout au long du bâtiment. Un ascenseur et un escalier intégrés permettent aux occupants d'accéder à chaque bloc d'habitation situé à moins de 5 blocs de distance. À l'arrière de chaque bloc d'habitation se trouve un énorme coulo

Pour insister davantage sur le message que l'impression 3D peut être un moyen efficace de fabrication, ces blocs d'habitation modulaires peuvent théoriquement être construits à l'aide d'un matériau semblable au béton (dérivé de l'environnement martien) imprimé en 3D dans un lieu hors site. L'axe central peut également être imprimé de la même manière (petite boîte dans la Fig. 3) par une imprimante fonctionnant le long de la cir

Tout le bâtiment souterrain est couvert par une structure en forme d'ombrelle. Les structures hexagonales sont des panneaux solaires qui produiront de l'énergie pour augmenter l'utilisation par les occupants. Il contient également quelques sas pour le transfert à l'intérieur et à l'extérieur de l'habitat (dans le modèle, il a été élevé de sorte que l'habitat soit visible). La colonne centrale sert de structure pour une immense baie hydroponique suspendue

L'échelle de notre design ici est de 1:266. Chaque habitation contient environ un espace de vie de 150 m2. Il y a 40 blocs dans le bâtiment, y compris le bloc du hall d'entrée et deux blocs de maintenance et d'entretien en bas de la structure hélicoïdale. Le modèle est sectionné de manière à ce que l'aménagement intérieur soit visible.

1. Procédé de conception

Les toutes premières conceptualisations ont été faites sur papier. Toutes les conceptions CAO et les assemblages de tests ultérieurs ont été effectués dans Solidworks. La principale difficulté rencontrée dans la phase de conception réside dans l'établissement des dimensions de la structure. Pour cela, nous nous sommes inspirés notamment de l'appartement Pearl Bank (Singapour) et de Ponte City (Johannesburg, Afrique du Sud).

1. Procédé de fabrication

Les installations d'impression 3D ont été aimablement fournies par Hwa Chong Institution.

Notre modèle architectural a été fabriqué en utilisant le procédé de dépôt de matériau fondue (FDM). L'impression a été effectuée sur deux imprimantes 3D Panther fabriquées par une société du même nom (basée à Singapour). Les imprimantes ont les spécifications suivantes :

1. Précision de positionnement : X/Y : 0,025 mm et Z : 0,005 mm.
2. Diamètre de la buse d'impression : 0,4 mm (compatible avec le filament en plastique PLA et ABS d'un diamètre de 1,75 mm)
3. Volume de construction : 202 mm (X) x 162 mm (Y) x 157 mm (Z)

Des travaux antérieurs effectués pour caractériser les imprimantes ont révélé qu'elles peuvent imprimer de manière fiable avec une résolution maximale de 1 mm. Par conséquent, pendant la phase de conception CAO, un jeu de 0,5 mm a été prévu de chaque côté pour toutes les pièces s'emboîtant, et aucune structure n'était plus petite que 1 mm.

Le retrait de la structure de support nous préoccupait beaucoup, car elle pourrait potentiellement interférer avec le modèle réel. Initialement, nous avons prévu d'imprimer chacun des blocs d'habitation en deux parties, une section supérieure et une section inférieure. Cela éliminerait le besoin d'une structure de support pour le toit en surplomb. Nous avons estimé que l'assemblage des deux moitiés et de la colonne centrale n'ajout

Cependant, lorsque nous avons commencé notre impression, nous avons constaté qu'avec les réglages optimisés de l'imprimante, chaque bloc prenait environ 3 heures à imprimer. En raison de l'utilisation par les étudiants pendant la journée, seule une des imprimantes était disponible. Nous avons donc décidé d'assembler la structure dans Solidworks et de la redimensionner de 55% pour l'imprimer en 4 blocs. Cela a entraîné

Le modèle a été imprimé avec du PLA blanc de 1,75 mm extrudé à une température de 195 °C sur une plateforme recouverte de ruban Kapton chauffée à 55 °C.

Les fichiers .SLDPRT (fichiers de pièces Solidworks) pour les designs ont été convertis en fichiers .STL. Ces fichiers ont ensuite été convertis en gcode via Cura, qui a également généré les instructions d'impression pour les structures de remplissage dans la partie solide du modèle et les supports pour les structures en surplomb dans le modèle. Les gcodes ont ensuite été transférés vers l'interface Repetier-Host avec l'imprimante réelle.

Le temps d'impression combiné est d'environ 48 heures. La hauteur de couche est de 0,1 mm et le facteur de remplissage est de 20% pour une impression rapide. Pour notre impression, nous avons utilisé deux imprimantes. Les modèles imprimés ont ensuite été post-traités avec juste l'enlèvement des matériaux de support. Les quatre sections principales sont ensuite assemblées au moyen d'une colle à base de cyanoacrylate.