Der Weltraum, die neue Grenze der additiven Fertigung

In den letzten Jahren wurde ernsthaft darüber diskutiert, in diesem Jahrzehnt zum Mond und dann erstmals zum Mars zurückzukehren. Bei beiden Szenarien stellt sich nicht die Frage ob, sondern wann. Während schnelle Fortschritte in verschiedenen Technologien die Lebensfähigkeit von Weltraumprogrammen stärken, wird wahrscheinlich insbesondere eine Technologie einen Großteil der Verantwortung für die Zukunft der bemannten Raumfahrt und die Möglichkeit, auf fernen Planeten zu leben, tragen: die additive Fertigung.

Viele weltraumorientierte Unternehmen verwenden bereits die additive Fertigung, um Raketenteile herzustellen, darunter SpaceX, Blue Origin und Aerojet Rocketdyne, während einige, wie Relativity Space, sogar ganze Raketen in 3D gedruckt haben. Der 3D-Druck von Raketenteilen hat viele Vorteile. Sie sind in der Regel billiger, leichter, stärker und können schneller hergestellt werden als ihre traditionell hergestellten Gegenstücke.

Über die Herstellung von Teilen hinaus kann die additive Fertigung auch eine Möglichkeit sein, tatsächliche Gebäude im Weltraum zu konstruieren, die von Wohnungen bis hin zu Forschungseinrichtungen reichen, die eine langfristige Belegung erfordern. Mit der mondbasierten additiven Fertigung ist der Transport von Baumaterialien nicht mehr notwendig – wir könnten einfach mit einem 3D-Drucker zum Mond reisen und auf der Oberfläche gefundene Materialien verwenden, um Häuser, Labore usw. zu drucken. Es ist nicht so weit hergeholt, wie es klingt. ESA und Foster + Partners hatten großen Erfolg bei der Verwendung von simuliertem Mondboden zum 3D-Druck von Strukturelementen wie Ziegeln und Balken, und die NASA hat mit ihrem eigenen ähnlichen Projekt, der 3D Printed Habitat Challenge, nachgezogen.

So revolutionär es klingt, ein 3D-Drucker auf dem Mond wäre nicht der erste 3D-Drucker im Weltraum. Die Internationale Raumstation beherbergt die additive Fertigungsanlage Made In Space, den ersten permanenten 3D-Drucker, der im erdnahen Orbit betrieben wird. AMF wurde 2016 gegründet und hat mehr als 200 Werkzeuge und Teile hergestellt, darunter medizinische Versorgung für Astronauten, die auf der ISS stationiert sind, sowie Ersatzteile, kommerzielle Produkte und sogar Kunst.

Aber der Einsatz der additiven Fertigung in diesem neuen Weltraumrennen stellt auch eine große Herausforderung dar: Woher wissen Sie, wie das Additiv in einer anderen Umgebung oder auf einem anderen Planeten funktioniert?

Wenn Menschen auf dem Mond leben würden, könnten beispiellose Forschungen durchgeführt werden, aber lange Zeit war das nicht sinnvoll.

Wie könnten wir ohne Behausung auf dem Mond leben und wie könnten wir die Baumaterialien transportieren, die für den Bau von Häusern auf fernen Planeten benötigt werden? Es wurde viel Arbeit investiert, um die additive Fertigungsanlage „Made in Space“ mit der heutigen Kapazität zum Laufen zu bringen. Denken Sie an die Unterschiede, die zum Backen eines Kuchens in großer Höhe erforderlich sind, und multiplizieren Sie dann diese Schwierigkeiten. 3D-Druck unter normalen Erdbedingungen kann ziemlich schwierig sein; es ohne Schwerkraft zu tun, stellt eine ganze Reihe neuer Herausforderungen dar.

Heute testen wir die Flugzeugleistung gegen Turbulenzen, Druckänderungen und Wetterbedingungen mit Simulationssoftware. Eine robuste Simulationslösung könnte auch die Atmosphäre des Weltraums nachbilden, sodass wir antworten könnten: „Wird das im Weltraum funktionieren?“ oder auf dem Mars? bevor die Teile an ihrem endgültigen Bestimmungsort gedruckt werden.

Wo auch immer Sie sind, auf der Erde oder im Weltraum, die additive Fertigung ist ohne Simulation viel schwieriger, zeitaufwändiger und teurer.

Die Simulation adressiert Design- und Fertigungsherausforderungen früh im Entwicklungszyklus, spart Zeit und eliminiert kostspielige Fehler. Angesichts der auf fernen Planeten anzutreffenden Variablen, einschließlich begrenzter Materialien, Unterschiede in der Atmosphäre, Schwerkraft und mehr, kann die Simulation additiver Fertigungsprozesse potenzielle Verzerrungen abmildern, die während der Konstruktions- und Bauphase im Voraus auftreten könnten, und das alles mit weniger Bedarf an physischen Tests.