European Space Agency utvikler høytemperatur FFF 3D-skriver for den internasjonale romstasjonen

23. mars designet og produserte et konsortium under European Space Agency (ESA) en tidlig FFF 3D-printer for den internasjonale romstasjonen (ISS). Prototypesystemet er utviklet som en del av IMPERIAL-prosjektet, som bruker transportbåndkomponenter til (teoretisk) 3D-printe deler i ubegrenset lengde. På ESA Advanced Manufacturing-seminaret i begynnelsen av mars ble funksjonen til den navnløse 3D-printeren demonstrert. Produktet kan være kompatibelt med alle høytemperaturtekniske filamenter. Deltakerne var vitne til prosessen med å lage 1,5 m lange stålstenger på stedet.

Konsortiet for prosjektet inkluderer de tyske luftfartsselskapene OHB og Azimut Space, Aslon Institute of Technology i Irland og den portugisiske 3D-printerleverandøren BEEVERYCREATIVE. "Gjennom denne aktiviteten overvant vi en av hovedbegrensningene ved 3D-utskrift - volum - og brukte en kompakt 3D-skriver som var i stand til å håndtere termoplast med høy ytelse." Ugo Lafont, en materialekspert ved ESA, forklarte. "Dette er en stor prestasjon, og det vil utvide bruksområdet for denne produksjonsprosessen på forespørsel."

Den internasjonale romstasjonen

Den internasjonale romstasjonen. Bildet er fra NASA.

Hva er IMPERIAL-prosjektet?

Etter at ESAs innledende MELT-prosjekt var vellykket, testet prosjektet gjennomførbarheten av industriell FFF 3D-utskrift under mikrogravitasjonsforhold, og lanserte deretter IMPERIAL-prosjektet. Project IMPERIAL planlegger å ta ytterligere grep og utvikle et komplett romproduksjonssystem som kan overvinne størrelsesbegrensningene til dagens 3D-skrivere. Derfor vil systemet etter hvert bli brukt til produksjon og vedlikehold på forespørsel på den internasjonale romstasjonen, og dermed gi selvforsynt plass for fremtidig langsiktig romflyvning.

Adventit Makaya, en senior produksjonsingeniør ved ESA, påpekte: "Utviklingen av en utenomjordisk produksjonsløsning for store deler i et miljø med menneskelig utforskning (for eksempel her, og deretter på de strukturelle delene av romfartøy) er avgjørende for å forbedre bærekraften og pålitelighet. Det er en kraftig funksjon for fremtidige romfartsoppdrag."

Før IMPERIAL-prosjektet utviklet ESA-konsortiet et 3D-utskriftssystem med mikrogravitasjonsfunksjon under MELT-prosjektet. Bildet er fra BEEVERYCREATIVE.

Romindustriell FFF 3D-utskrift

Selve skriveren må overholde mange strenge tekniske krav. Dette inkluderer å kunne skrive ut høyytelses ingeniørpolymerer som PEEK, å kunne skrive ut under mikrogravitasjonsforhold, samtidig som kvaliteten på deler som ligner på jorden opprettholdes, og å kunne skrive ut uendelig store deler i én retning. Strømforbruket til systemet er også strengt begrenset, og på grunn av mangel på etterbehandlingsfasiliteter i rommet, må det være klart til å bruke funksjonelle trykte deler direkte fra byggerommet. For å sikre vellykket integrering i ISS, ble teamet også tvunget til å vurdere tilgjengeligheten av råmaterialer når de designet 3D-skrivere. Eventuelt skrap som gjenstår etter produksjon av deler skal minimum minimeres, og kan gjenbrukes fullstendig når det er mulig.

Antonella Sgambati, OHB-prosjektleder, la til: "Fakta har bevist at FFF som bruker høyytelses polymer ikke påvirkes av tyngdekraftsreduksjonsmiljøet, noe som baner vei for nye utfordringer, for eksempel utskrift av ubegrenset lengde i én retning eller bruk av batchproduksjon. I rammeverket for dette prosjektet har nye teknologihull blitt identifisert og utbedret i prototypeutviklingen og testingen av BEEVERYCREATIVE, og oppnår dermed denne unike prestasjonen, noe som gjør produksjonsprosesser utenfor jorden til et nytt skritt fremover."

Den nye Project IMPERIAL 3D-skriveren brukes til å produsere 1,5 m lange stålstenger

Den nye Project IMPERIAL 3D-skriveren brukes til å produsere 1,5 m lange stålstenger. Fotografert av ESA.

Med utsiktene til at interplanetarisk romflukt kommer nærmere virkeligheten, har produksjon av romtilsetningsstoffer blitt et hett tema i romfartsfeltet. Tidligere i år begynte COSM Advanced Manufacturing Systems, et ingeniørfirma, den endelige utviklingen og konstruksjonen av EBM 3D-skrivere i metall for NASA. Systemet er designet for å møte NASAs krav til automatisert produksjon og komponentvedlikehold i verdensrommet. Med utgangspunkt i Artemis-programmet vil systemet brukes til hele rom-, måne- og Mars-oppdragene.

Andre steder har forskere ved Brunswick University of Technology og Hanover Laser Center (LZH) nylig skrevet ut tunge bergarter i 3D under null tyngdekraft for første gang. I det eksperimentelle "MOONRISE"-prosjektet installerte teamet en tilpasset laser på sin "MIRA3D" måne-rover og smeltet månestøvet til en kule, og banet vei for produksjon av økonomiske strukturer på månen.