Fortschritte bei der Fertigung im Orbit durch 3D-Metalldruck

Der 3D-Druck von Metallen hat in den letzten fünf Jahren enorme Fortschritte gemacht. Fortschritte in den Materialwissenschaften, bei den Herstellungsverfahren und der Automatisierung haben dem 5D-Druck zu einer immer größeren Bedeutung in der Wirtschaft verholfen. Jetzt ist der 3D-Druck bereit, die Atmosphäre zu verlassen. Hier erfahren Sie alles Wissenswerte.

3D-Druck ist ein großes Geschäft

Die 3D-Druckbranche expandiert weiter. Forscher des BGC prognostizieren, dass der Branchenwert bis 95 die Marke von über 2032 Milliarden US-Dollar überschreiten wird. Dieser Mehrwert stellt ein massives Wachstum gegenüber dem Jahr 2022 dar, als der Marktwert noch bei 18 Milliarden US-Dollar lag. Nun wird der Markt neue Höhen erreichen, da die weltweit führenden Weltraumforschungsteams nach Lösungen für ihre Reiseprobleme suchen.

Metall 3D-Druck

Heutzutage werden viele Arten des 3D-Drucks verwendet. Insbesondere der 3D-Druck mit Metall hat in den letzten Jahren einige der wichtigsten Verbesserungen erfahren. 3D-Drucker für Metall werden hergestellt, indem aufeinanderfolgende Schichten erhitzten Metalls in einem vorgegebenen Muster aufgetragen werden, bevor es in Form abkühlt. Mit dieser Druckmethode können komplexe, leichte Teile hergestellt werden, die in Flugzeugen und medizinischen Komponenten verwendet werden können.

Quelle – ESA

Drucken im Weltraum

Zukünftige Weltraumforschungsteams müssen solche Geräte einsetzen, um ihren Ressourcenmangel auszugleichen. Daher wurden konzertierte Anstrengungen unternommen, um den 3D-Druck unter atmosphärischen Bedingungen außerhalb der Erde zu untersuchen. Daher wollten ESA-Forscher die Auswirkungen verschiedener Gravitationskräfte auf Materialien und Prozesse untersuchen.

Der Druck von Objekten im Weltraum könnte die Menschheit zu neuen Zielen führen. Diese Geräte tragen dazu bei, Abfall zu reduzieren, die Flexibilität zu verbessern und das Gewicht zu senken. Natürlich bringt der Druck im Weltraum auch seine Tücken mit sich, die überwunden werden müssen, bevor er sein volles Potenzial entfalten kann. Insbesondere der fehlende Druck und die Gravitationskräfte erschweren das Schichten von Material.

Erster Metall-3D-Druck auf der Raumstation

Dieser Monat markiert einen wichtigen Meilenstein für den 3D-Drucksektor im Weltraum, da die ESA (European Space Agency) den erfolgreichen Druck mehrerer 3D-Metallkomponenten in der Mikrogravitation für die Internationale Raumstation bekannt gab. Diese Nachricht ist eines der ersten Male, dass die 3D-Druckbranche in den Weltraum vordringt. Derzeit ist die EU auf diesem Markt führend, da ihre neuesten Forschungsergebnisse das Potenzial haben, die Branche zu revolutionieren.

Der Demonstrator der Metall-3D-Druckertechnologie

Das innovative ESA-Forschungsteam hat für diesen Test einen speziell angefertigten Metall-3D-Drucker entwickelt, der für Schwerelosigkeitsszenarien ausgelegt ist. Das 180 kg schwere Gerät nutzt einen Edelstahldraht, um in winzigen, nacheinander aufgetragenen Schichten starre Metallprodukte und Werkzeuge herzustellen. Als nächstes wurde ein leistungsstarker Laser integriert, um den Draht zu erhitzen. Dieser Laser ist stark genug, um das Metall in eine Flüssigkeit umzuwandeln, die in ein Schmelzbad tropft, das den Druckapplikator versorgt.

Sicherheitsvorrichtungen

Einige wichtige Sicherheitsfunktionen, die in diesen Drucker integriert sind, gibt es nur in der Raumfahrt. Beispielsweise ist das Gerät vollständig in einem Gehäuse untergebracht, das die Wärme absorbiert und verhindert, dass sie in die Kabine entweicht. Dieser Schutz verhindert auch, dass Dämpfe in das Fahrzeug eindringen, was für Weltraumforscher potenziell tödlich sein könnte.

Virtuelle Überwachung

Ein weiteres cooles Feature des aktualisierten 3D-Druckers ist die vollständige Automatisierung und Steuerung über die Bodensteuerung. Während sich das Bodenpersonal um alle technischen Anforderungen kümmert, kann sich die Crew entspannen. Der einzige Schritt, den Astronauten ausführen müssen, besteht darin, das Stickstoffgas zu öffnen und sicherzustellen, dass es im Raumschiff für eine ordnungsgemäße Belüftung sorgt.

Einer der Hauptgründe für die Bedeutung dieser Kontrollmethode besteht darin, dass sie lange Weltraumreisen ermöglicht, selbst wenn ein bestimmter Forscher seine Reise nicht fortsetzen kann. Das Bodenpersonal kann den überlebenden Besatzungsmitgliedern bei Bedarf die nötige logistische und materielle Unterstützung zukommen lassen.

Tests

Im Rahmen des Testverfahrens wurden vier Teile entworfen und von der Erde an den Drucker der Raumstation gesendet. Der 3D-Druckvorgang in vollem Umfang wurde vom Bodenkontrollteam erfolgreich eingeleitet, gesteuert, überwacht und überprüft. Die gedruckten Einheiten sind nun auf dem Weg zu weiteren Tests.

Konkret gehen zwei der vier Einheiten an das Europäische Astronautenzentrum und die Technische Universität Dänemark, DTU. Die letzten beiden Drucke werden im renommierten Materials and Electrical Components Laboratory am ESTEC in den Niederlanden getestet. Hier werden sie mit am Boden gedruckten Versionen verglichen, um etwaige Unterschiede in Qualität, Haltbarkeit, Konsistenz oder anderen Faktoren zu untersuchen, die zukünftige Missionen gefährden könnten.

3D-Drucker installieren

Ein weiterer cooler Aspekt des fortschrittlichen 3D-Metalldruckers ist seine Modularität. Der Drucker wurde so konzipiert, dass er direkt in das European Draw Rack Mark II im Columbus-Modul passt. Dieser Ansatz macht diese Einheiten für den Einsatz bei allen kompatiblen Raumfahrtagenturen bereit. Bemerkenswerterweise war es der ESA-Astronaut Andreas Mogensen, der mit der Installation beauftragt wurde.

International Space Station

Die im November 2000 gestartete Internationale Raumstation ISS dient als Leuchtturm der internationalen Zusammenarbeit. Das 460 Tonnen schwere Raumschiff verfügt über sechs Schlafkabinen und ein voll ausgestattetes Fitnessstudio und ist rund 6 Meter lang. Bemerkenswert ist, dass dieses wissenschaftliche Testgelände die Erde 100-mal täglich mit unglaublichen 16 km/h umkreist. Dank dieser Geschwindigkeit erleben die Passagiere an Bord des Raumschiffs 28,800 Sonnenaufgänge pro Tag. Und das Beste: Sie können diese atemberaubenden Momente durch das große 16-Grad-Erkerfenster der Raumstation genießen.

Wissenschaftliche Forschungsaktivitäten

Heute ist die ISS ein wichtiger Bestandteil der Forschung und Erprobung neuer Technologien im Weltraum. Das schwimmende Labor bietet einen einzigartigen Ort, um Objekte unter anhaltender Mikrogravitation zu testen. Seit dem Start der Station wurden Tausende von Experimenten und Tests durchgeführt, und sie ist nach wie vor einer der wenigen Orte, an denen man ein wirklich langanhaltendes Mikrogravitationserlebnis erleben kann.

Qualitätsprüfung bei geringer Schwerkraft

Der Hauptgrund, warum diese Tests für zukünftige Forschungen von entscheidender Bedeutung sind, besteht darin, dass Forscher nur begrenzte Daten darüber haben, wie der 3D-Druck von Metallen im Weltraum funktioniert. In normalen Schwerkraftszenarien können die Geräte ihre Verbundmaterialien problemlos schichten. Dieser Prozess wird schwieriger, wenn es um Schwerelosigkeit, Turbulenzen und andere Bedingungen geht.

Ein wichtiger Aspekt, den die Forscher testen möchten, ist die Haltbarkeit gedruckter Geräte im Vergleich zu ihren bodengebundenen Gegenstücken. Sie möchten herausfinden, ob sich die Mikrogravitation negativ auf metallisches Material auswirken könnte, insbesondere während des Schichtprozesses. Daher herrscht große Spannung auf die abschließende Prüfung dieser gedruckten Artikel.

Vorteile von Metall-3D-Druckern im Weltraum

Die Enthüllung, dass im Weltraum bereits 3D-Drucker für Metall im Einsatz sind, ist eine wahre Augenweide. Die Vorteile dieser Geräte sind so groß, dass Raumfahrtagenturen und 3D-Druckunternehmen seit Jahren zusammenarbeiten, um die vielen Komplexitäten der Herstellung von Gegenständen in minimaler Schwerkraft zu entschlüsseln.

Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks besteht darin, dass die benötigten Gegenstände vor Ort hergestellt werden können. Für Weltraumreisende ist dies die beste Option. Anders als in der Fernsehserie über Weltraumerkundung ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Besatzungsmitglied zum Nachschub auf einen Planeten gebeamt wird, sehr gering. In den meisten Fällen müssen die Astronauten in der Lage sein, ihre Bedürfnisse mit dem zu decken, was sich im Raumschiff befindet. Hier sind einige weitere Vorteile, die Sie kennen sollten.

Geringeres Gewicht/geringere Kosten

Die Kosten für den Transport eines einzigen Pfunds ins All liegen bei Tausenden. Daher ist das Budget für einfache Reparaturgeräte wie Schraubenschlüssel, Schraubendreher und andere notwendige, aber möglicherweise nicht ständig benötigte Geräte begrenzt. Der 3D-Druck bietet eine praktikable Alternative, die schneller und kostengünstiger ist als der Transport einer Rakete mit Versorgungsgütern in die Umlaufbahn.

Neues Werkzeugdesign

Ein weiterer großer Vorteil dieses Metall-3D-Druckers ist die Möglichkeit, neue Werkzeuge und Instrumente direkt nach ihrer Erfindung herzustellen. Zukünftige Raumfahrer werden wahrscheinlich speziell entwickelte Werkzeuge benötigen, um mit seltenen und unvorstellbaren Bedingungen zurechtzukommen. Metall-3D-Drucker würden diesen Besatzungen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit ermöglichen, um ihre Missionsanforderungen zu erfüllen.

Abfall reduzieren

Ironischerweise ist die Müllentsorgung eine der wichtigsten Komponenten zukünftiger Raumfahrtoperationen. Anders als auf der Erde, wo man seinen Müll vielleicht ungestraft am Straßenrand entsorgen und hoffen kann, dass er sich langsam in der Umwelt auflöst, kann Weltraumschrott künftigen Reisenden ernsthafte Probleme bereiten.

Das kleinste Stück Weltraumschrott bewegt sich schnell genug, um Satelliten, Raumfahrzeuge und andere empfindliche Gegenstände, darunter Astronauten, zu beschädigen. Leider ist die erdnahe Umlaufbahn bereits mit Weltraumschrott überschwemmt. 3D-Druck könnte dazu beitragen, den Abfall zu reduzieren, was wiederum dazu beitragen würde, Weltraumschrott zu verhindern.

Moderne 3D-Drucker für Metall könnten verwendet werden, um bereits produzierte Gegenstände einzuschmelzen und das Material für die Herstellung anderer Geräte wiederzuverwenden. Stellen Sie sich einen Astronauten vor, der einen Schraubenschlüssel benutzt, den Gegenstand dann wieder einschmilzt und daraus ein weiteres wertvolles Werkzeug druckt, das zur Erfüllung der Aufgabe benötigt wird. Diese Vision vermeidet unnötigen Abfall und öffnet die Tür für sicherere Raumfahrt in der Zukunft.

Wissenschaftler:innen

Forscher der ESA, darunter Rob Postema, Sébastien Girault und andere hoch angesehene Ingenieure, führten diese Tests durch, um wichtige Verbesserungsbereiche für den 3D-Metalldruck im Weltraum zu ermitteln. Das Projekt war insbesondere dank der Finanzierung durch Airbus möglich. Airbus ist einer der leistungsstärksten Automatisierungshersteller der Welt und der führende Konkurrent in der EU.

Die Zukunft des 3D-Metalldrucks

Die Zukunft des 3D-Drucks mit Metall sieht rosig aus. Diese jüngsten Fortschritte, gepaart mit einer stärkeren KI-Integration, senken weiterhin die technischen und finanziellen Hürden für diese Technologie. Insbesondere sehen einige Forscher eine Zukunft, in der Gehäuse, Werkzeuge, Ersatzteile und sogar menschliche Organe gedruckt werden.

Unternehmen, die im 3D-Druck Pionierarbeit leisten

Die 3D-Druckindustrie umfasst mehr als nur Druckhersteller. Viele Unternehmen sind auf fortschrittliche 3D-Druckprodukte spezialisiert. Es gibt Spulenmaterialanbieter, Designer, Softwareentwickler und vieles mehr. Alle diese Komponenten arbeiten zusammen, um die Integration des 3D-Drucks voranzutreiben. Hier sind einige Firmen, die von der neuesten Forschung zum 3D-Druck im Weltraum profitieren könnten.

1. Desktop-Metall

(DM )

Desktop Metal ist einer der weltweit führenden Anbieter von 3D-Druckhardware. Das Unternehmen wurde 2015 mit dem Ziel gegründet, die Komponenten der damaligen 3D-Druckbranche zusammenzuführen. Insbesondere sicherte sich das Unternehmen 438 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln von namhaften Investoren, darunter Google Ventures, BMW und Ford Motor Company.

Der in Massachusetts ansässige Hersteller entwickelt sowohl Metall- als auch Kohlefaser-3D-Drucker für Industriekunden. Zu seinen Kunden zählen derzeit große Automobil- und Luftfahrtunternehmen. Das Unternehmen hat bereits große Anerkennung erfahren, wurde unter anderem in die Liste der 50 intelligentesten Unternehmen des MIT Technology Review aufgenommen und vom Weltwirtschaftsforum unterstützt.

Die DM-Aktie gilt aufgrund der Marktposition des Unternehmens und der Expansion des Metall-3D-Drucksektors als guter Kauf. Diese Faktoren, gepaart mit der starken Unterstützung des Projekts, machen Desktop Metal zu einer sinnvollen Ergänzung mit Potenzial.

2. Eastman Chemical Company

(EMN )

Die Eastman Chemical Company liefert Chemikalien und andere Materialien, die für den 3D-Druck benötigt werden. Dieses Unternehmen genießt seit seiner Gründung im Jahr 1920 durch George Eastman den Ruf, qualitativ hochwertige Dienstleistungen und Produkte für Industriekunden bereitzustellen. Auch heute noch ist das Unternehmen eine bahnbrechende Kraft auf dem Markt.

Besonders hervorzuheben ist, dass die Eastman Chemical Company für ihre bisherigen Leistungen mehrfache Auszeichnungen erhalten hat. Beispielsweise wurde es 2013 vom American Chemistry Council (ACC) mit der begehrten Auszeichnung „Responsible Care Company of the Year“ ausgezeichnet. Diese Faktoren machen Eastman Chemical Company zu einer intelligenten Ergänzung für jedes ausgewogene Portfolio.

Fortschrittlicher Metall-3D-Druck – eine einsatzbereite Technologie

Es gibt viele Gründe, warum der 3D-Metalldruck die ideale Option für Weltraumreisende und Menschen an schwer erreichbaren Orten ist. Die Möglichkeit, nahezu endlose Designs zu erstellen und zu produzieren, macht diese Werkzeuge zu einer wertvollen Ergänzung für jeden Betrieb. Dank weiterer Material- und Prozessverbesserungen werden die Preise für 3D-Drucker in Zukunft weiter sinken. Daher ist es ratsam, sich über die 3D-Druckbranche auf dem Laufenden zu halten, um künftig weitere Möglichkeiten zu nutzen.

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