3D-printen met metaal, dat klinkt al heel bijzonder, maar de ESA gaat dat ook nog eens in de ruimte doen. Woensdag is de speciale 3D-printer aan boord van een bevoorradingsmissie vertrokken naar het ISS.
Voor wie denkt: wat moet je met een metaal-3D-printer in het International Space Station? Het doel is om in de toekomst tot een circulaire ruimte-economie te komen en materialen die in een baan rond de Aarde draaien te hergebruiken. Met de printer kunnen onderdelen van oude satellieten omgevormd worden tot bijvoorbeeld nieuwe gereedschappen of metalen platen voor het ruimtestation. Er hoeft dan niet een hele raket gelanceerd te worden vanaf de Aarde om de benodigde onderdelen te brengen.
Een primeur
Het is voor het eerst ooit dat er een 3D-printer de ruimte ingaat, die metalen dingen kan maken. Eerder is al wel een gewone 3D-printer gebruikt in het ISS, die plastic materialen kan printen. “Maar metaal printen is een veel grotere technische uitdaging, waarbij veel hogere temperaturen nodig zijn en het metaal gesmolten moet worden met een laser. Dat brengt gevaren met zich mee voor de veiligheid van de bemanning en het ruimtestation zelf. Ook zijn de onderhoudsmogelijkheden erg beperkt. Maar als het lukt, brengt de sterkte, geleidbaarheid en stijfheid van het metaal het potentieel van 3D-printen in de ruimte naar nieuwe hoogtes”, reageert techneut bij ESA, Rob Postema.
Airbus
De 3D-printer, die zo’n 180 kilo weegt, is ontwikkeld door een team van Airbus. Na installatie wordt de printer vanaf de Aarde bediend, zodat de astronauten in het ISS zich met andere dingen kunnen bezighouden. “Dit is niet zomaar een stap in de toekomst, het is een sprong voor de innovatie in de ruimte en het plaveit het pad voor de productie van meer complexe metalen structuren in de ruimte. Dat is cruciaal voor de exploratie van de Maan en Mars”, legt projectmanager bij Airbus, Patrick Crescence, uit.
Roestvrij staal
De printer print een bepaald soort roestvrij staal dat veel gebruikt wordt in medische implantaten en bij waterzuivering, omdat het zo goed bestand is tegen corrosie. De roestvrij stalen draad wordt aan de printer gevoerd, die verwarmd wordt door een heel sterke laser, die een miljoen keer krachtiger is dan de gemiddelde laserpen. Het uiteinde van de draad smelt en wordt als metaal aan de print toegevoegd.
Metaal printen op Aarde
“Het smeltpunt van roestvrij staal ligt rond de 1400 graden dus de printer zit in een volledig afgesloten kist, zodat de hitte en rook de astronauten van het ISS niet kunnen bereiken. En voordat het printen begint, moet de zuurstof die in de printer zit, afgevoerd worden naar de ruimte en worden vervangen met stikstof. Het hete staal zou oxideren als het wordt blootgesteld aan zuurstof”, legt ingenieur bij ESA, Advenit Makaya, uit.
Testfase
Verwacht niet dat er al complete onderdelen en gereedschappen uit komen rollen, het zit allemaal nog in de testfase. Daarvoor zijn vier printvormen uitgekozen, die worden vergeleken met dezelfde vormen die op Aarde zijn geprint om te kijken wat voor impact de ruimte heeft op het printproces. De vier vormen zijn allemaal kleiner dan een blikje cola en wegen minder dan 250 gram per stuk. Het duurt maar liefst twee tot vier weken om ze te printen, maar er wordt maar vier uur per dag geprint, omdat het apparaat zoveel lawaai maakt.
Zodra er eentje klaar is, wordt hij naar de Aarde gestuurd voor nader onderzoek. “Het is ons doel om het potentieel te bewijzen van 3D-printen met metaal in de ruimte”, aldus Postema. “We willen nog veel meer leren over de mogelijkheden van dit proces om uiteindelijk de productie van onderdelen in de ruimte in de dagelijkse praktijk mogelijk te maken.”
Kolonie op Mars
En mochten we ooit kolonies stichten op Mars dan is de techniek ook onmisbaar. “Metaal-3D-printen is een veelbelovende techniek om toekomstige exploratie in de ruimte te ondersteunen en bij te dragen aan meer duurzame ruimteactiviteiten door productie, herstel en misschien recycling van ruimtestructuren. Dat geldt voor grote infrastructuur in een baan om de Aarde, maar ook voor langdurige menselijke nederzettingen op andere planeten”, besluit hoofd van de mechanische afdeling bij ESA, Tommaso Ghidini.
