3D-Druckmaterialien für die Raumfahrt?

Die Materialwissenschaft macht in der Welt der additiven Fertigung unglaubliche Fortschritte, hauptsächlich als Reaktion auf die fortlaufende Erforschung ihrer potenziellen Anwendungen und ihre zunehmende Akzeptanz in einer Reihe von Industrien. Anfang dieser Woche haben wir Dr. Bastian Rapp von NeptunLab interviewt, der ausführlich über die Entwicklung eigener 3D-Druckmaterialien seines Labors für die Anforderungen seiner Forscher sprach. Als wir mit Dr. Richard Buswell von der University of Loughborough sprachen, hörten wir auch, wie viel der Forschung zum 3D-Druck für das Bauwesen auf die Entwicklung eines 3D-druckbaren Betonmaterials ausgerichtet war. Beide Beispiele markieren einen subtilen, aber kraftvollen Wandel in der Art und Weise, wie wir über 3D-Druck in der modernen Industrie sprechen.

Anstatt bestehende Technologien und Materialien in Anwendungen zu zwingen, für die sie nicht unbedingt geeignet sind oder mit etablierten Ansätzen nicht konkurrieren können, suchen immer mehr Forscher und Fachleute aus der Industrie nach Bereichen, in denen AM das Potenzial hat, die Lücken zu schließen in traditionellen Verfahren, wodurch Hersteller Ergebnisse erzielen können, die zuvor schwierig oder unmöglich gewesen wären. Dies wiederum hat zu Entwicklungen bei Materialien und Technologien geführt, die dazu beitragen werden, diese Konzepte in praktikable Realitäten umzusetzen.

Wir haben Anfang Juli ein großartiges Beispiel dafür gesehen, als Made In Space die Einführung ihres neuen 3D-Druckmaterials aus Kunststoff ankündigte, das speziell für den Einsatz im Vakuum des Weltraums entwickelt wurde. Die Internationale Raumstation ISS verwendet seit 2015 einen SLA-Drucker an Bord, der Werkzeuge nach Bedarf herstellt, die Transportkosten von der Erde eliminiert und der Besatzung hilft, ihren verfügbaren Platz zu maximieren (ein Ansatz, der auch in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie). Die Einschränkung besteht hier darin, dass vorhandene 3D-Druckmaterialien (in diesem Fall ABS und PE) im Weltraum nicht funktionieren können, was bedeutet, dass alle hergestellten Werkzeuge nur innerhalb der Raumstation verwendet werden können und für Reparaturen am Äußeren weiterhin Werkzeuge erforderlich sind und Ersatzteile nach oben zu transportieren.

Made In Space hat dieses Problem gelöst, indem es einen neuen 3D-druckbaren Kunststoff namens Polyetherimid/Polycarbonat (PEI/PC) entwickelt hat. Dieses neue Material verspricht nicht nur stärker zu sein als die bestehenden Materialien auf der ISS, sondern auch beständig gegen UV-Strahlung und atomaren Sauerstoff. So können bei Bedarf Spezialwerkzeuge und Ersatzteile für das Äußere der ISS gedruckt werden.

Die unmittelbaren Vorteile für die ISS-Besatzung liegen auf der Hand, aber es gibt bereits Pläne, diesen Erfolg auszubauen. Bis 2018 will Made In Space der ISS eine funktionierende Version ihres Archinaut liefern – ein eigenes Modell eines 3D-Druckers, der tatsächlich im Vakuum außerhalb der Raumstation betrieben wird. Dies wird die Tür öffnen, um tatsächlich kleine Satelliten im Weltraum zu drucken. Für Forschungseinrichtungen und Universitäten hat dies enorme Auswirkungen, da die Idee, eigene Satelliten kostengünstig einzusetzen, wirklich möglich wird.

Betrachtet man dies parallel zu den Arbeiten im Projekt M.A.R.S (Modular Analog Research Station), ist klar, dass der additiven Fertigung in zukünftigen Weltraumforschungen definitiv eine Schlüsselrolle zukommen wird. Aber während dies sicherlich aufregende Entwicklungen für die Zukunft der Menschheit unter den Sternen sind, sollten wir ihre Bedeutung für die Industrie auf der Erde nicht aus den Augen verlieren.

Da sich immer mehr neue Materialien und Technologien entwickeln, um branchenspezifische Herausforderungen zu meistern, wird die additive Fertigung insgesamt beginnen, ihre eigenen Nischen zu etablieren, die sich von traditionellen Fertigungsansätzen unterscheiden. Dies wird dazu beitragen, das anhaltende Image von AM als Konkurrent für die traditionelle Fertigung zu zerstreuen und mehr Unternehmen zu ermutigen, intelligente, integrierte Arbeitsabläufe zu erkunden, bei denen sich verschiedene Technologien gegenseitig ergänzen und verbessern.

Sobald neue 3D-Druckmaterialien und -technologien ihre Leistungsfähigkeit in erfolgreichen, hochkarätigen Projekten unter Beweis gestellt haben, können Hersteller außerdem mit anderen Anwendungen für sie experimentieren. Wir sind zum Beispiel schon gespannt, wie PEI/PC in anderen herausfordernden Umgebungen auf der Erde eingesetzt werden könnte.

Dieser Tonwechsel in der Diskussion ist ein gutes Zeichen für den sich entwickelnden Ruf der additiven Fertigung als robuste, vielseitige Technologie und wird in naher Zukunft sicherlich zu weiteren Innovationen in Bezug auf Technologie, Materialien und Prozesse führen.