Voor het eerst is een 3D-printproces ontwikkeld waarmee metalen onderdelen in de ruimte gewichtloos geproduceerd of gerepareerd kunnen worden. Een Duits onderzoeksteam onder leiding van de Leibniz Universiteit Hannover houdt zich hiermee bezig. De resultaten openen perspectieven voor toekomstige AM-productie bij ruimtemissies, op de maan of zelfs op Mars.
Bij dit eerste flexibele 3D-printproces ter wereld wordt metaalpoeder in microzwaartekracht toegepast, stelt de Leibniz Universiteit Hannover.
Dit procedé is ontwikkeld door onderzoekers van deze universiteit in samenwerking met partners van de Otto von Guericke Universiteit Magdeburg.
Produceren in de ruimte
Om langer op de maan of op Mars te kunnen verblijven, moeten maakprocessen worden ontwikkeld waarmee dagelijkse benodigdheden met ter plaatse beschikbare middelen kunnen worden geproduceerd.
Ook dienen beschadigde onderdelen bijvoorbeeld tijdens ruimtemissies gerepareerd te kunnen worden. Zo hoeven geen dure reserveonderdelen meegenomen te worden.
‘Veelbelovende mogelijkheden’
Ondanks enorme uitdagingen die productie in de ruimte met zich meebrengt, biedt 3D-printen veelbelovende mogelijkheden, stellen de onderzoekers.
Voorheen was de efficiënte productie en reparatie van metalen onderdelen onder microzwaartekrachtomstandigheden een uitdaging. Dit vooral vanwege de complexe aard van het hanteren van metaalpoeder.
Nu is een methode ontwikkeld met laser metal deposition (LMD) door middel van metaalpoeder. Bij dit proces smelt een laser het metaalpoeder, dat vervolgens wordt gebruikt om een ondergrond te coaten en het onderdeel laag voor laag op te bouwen.
Ruimtemissie simuleren
Met behulp van de ‘Einstein Elevator’ kon de interdisciplinaire onderzoeksgroep de complexe omstandigheden van een ruimtemissie simuleren.
Deze onderzoeksopstelling, gevestigd in het Hannover Institute of Technology (HITec) van de universiteit, maakt het mogelijk om verschillende zwaartekrachtomstandigheden te simuleren.
Het kan bijvoorbeeld ook gaan om de intense krachten die vrijkomen bij een raketlancering.
Terwijl de Einstein-Elevator een verticale parabolische vlucht uitvoert, kunnen monsters in vrije val, onder microzwaartekracht worden vervaardigd.
Titanium en nikkellegeringen
Om het project uit te voeren, is een experiment opgezet in een afgesloten ‘gondel’. Hierin zijn alle componenten, inclusief poedertoevoer en het lasersysteem, aangepast aan speciale microzwaartekrachtomstandigheden.
De materialen die bij het 3D-metaalprinten zijn gebruikt, waren onder meer titanium en nikkellegeringen, die veel worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Volgende stap: regoliet
In een volgende stap willen de onderzoekers regoliet gaan verwerken.
Het gebruiken van dit grijskleurige stofvormige materiaal, dat veel voorkomt op de maan, zou doorslaggevend zijn voor toekomstige productie op de maan of zelfs op Mars.
Hierbij zal worden samengewerkt met het Laser Zentrum Hannover (LZH).
Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van project “Additive manufacturing in microgravity using laser metal deposition”. Het wordt gefinancierd uit een fonds van de Duitse Research Foundation (DFG).
