ENGINEERINGNET.BE - “De 3D-metaalprinter zal voor nieuwe productiemogelijkheden in de ruimte zorgen, waaronder de mogelijkheid om structurele onderdelen te produceren die performanter zijn dan kunststoffen componenten”, aldus Gwenaëlle Aridon, hoofdingenieur bij Airbus Space Assembly.
3D-metaalprinten in de ruimte zal er de zelfredzaamheid van de astronauten verhogen en hun logistieke afhankelijkheid verminderen. Het kan immers een volle twaalf maanden duren tussen het voorbereiden, lanceren en aandikken van een vlucht.
3D-metaalprinten in de ruimte kent ook een aantal bijzondere uitdagingen. Vooreerst mag zo’n printer niet té groot zijn noch té veel wegen. Anders zou hij niet mee de ruimte in kunnen of in het rack van de ISS Columbus passen.
“We moesten de printer terugbrengen tot het formaat van een wasmachine”, zegt Sébastien Girault, metal 3D printer system engineer bij Airbus.
Anderen hebben het liever over een uit de kluiten gewassen microgolf. Het toestel ging in verschillende delen naar boven en de astronauten zullen het daar assembleren. Uiteindelijk meet het 80 x 70 x 40 cm weegt het 180 à 300 kg.
Gezien de gewichtsloosheid in de ruimte is gekozen voor een laserprinter met metaaldraadaanvoer veeleer dan voor een poedersysteem. Het gaat hier om inoxdraad. Deze demonstrator zal onderdelen kunnen printen tot negen centimeter hoog en vijf centimeter breed.
Terwijl 3D-kunststofprinters materialen neersmelten bij temperaturen tot zo’n 200°C zal de metaalprinter vlot meer dan 1.200°C halen. Deze printer zit dan ook verwerkt in een gesloten metalen kluis. Warmtebeheer, het voorkomen van straling, luchtfiltratie, materiaalaanvoer,… allemaal aandachtspunten.
Het experiment bezigt twee printers: het ‘vluchtmodel’ in het ISS én het ‘technische model’ op aarde. De astronauten zullen in de ruimte vier stukken printen die naderhand op aarde geanalyseerd worden.
Dezelfde componenten worden ook op de technische modelprinter op aarde geprint. Het eigenlijke printen zelf zal zo’n 40 uur per stuk vergen.
Om de effecten van de microzwaartekracht te evalueren, zullen ESA en de Deense Technische Universiteit mechanische sterkte- en buigtests evenals microstructurele analyses uitvoeren op de onderdelen die in de ruimte zijn gemaakt en die data vergelijken met wat op aarde uit de printer schuift.
Het is de bedoeling een beter inzicht te verwerven over de kwaliteit van het printen van metaal in een baan om de aarde. Het printen van structurele onderdelen in de ruimte wordt gezien als een belangrijke stap in de richting van een duurzame aanwezigheid op de maan.
Dit Metal3D-project ging in 2016 van start. European Space Agency (ESA) contracteerde en financierde het programma. Een consortium met Airbus Defense and Space ontwikkelde de 3D-metaalprinter: AddUp (OEM-partner voor 3D-printingtechnologie met hoofdkwartier in het Franse Cébazat), Cranfield University uitte Engelse Bedfordshire (dat mee instond voor het ontwerpen van het smeltproces en de hardware, laserbron en optica, het aanvoersysteem en de opslag van de inox-draad) en Highftech Engineering (Modena, Italië).
De metaalprinter vloog op 30 januari 2024 mee met de NASA Mission NG-20 op een SpaceX Falcon 9 vanaf Cape Canaveral. Northrop Grumman’s Cygnus ‘vrachtschip’ werd binnengehaald met de Canadarm2-robotarm van ISS. Het eigenlijke printen zal wellicht eind februari, begin maart van start.
