Im Orbit hergestellte Fertigung mit Metall-3D-Druck

Metall-3D-Drucktechniken haben in den letzten 5 Jahren große Fortschritte gemacht. Durch Fortschritte in der Materialwissenschaft, Liefermethoden und Automatisierung ist 3D-Drucken in der Wirtschaft immer beliebter geworden. Jetzt ist 3D-Drucken bereit, außerhalb der Atmosphäre zu expandieren. Hier ist, was Sie wissen müssen.

3D-Drucken ist ein großes Geschäft

Die 3D-Druckindustrie erweitert ihre Operationen ständig. Forscher von BGC haben vorhergesagt, dass die Branche bis 2032 einen Wert von über 95 Milliarden Dollar erreichen wird. Dieser Mehrwert stellt ein massives Wachstum im Vergleich zu 2022 dar, als der Markt mit 18 Milliarden Dollar bewertet wurde. Jetzt ist der Markt bereit, auf neue Höhen zu expandieren, da die weltweit führenden Raumfahrtteams nach Lösungen für ihre Reiseprobleme suchen.

Metall-3D-Druck

Es gibt viele Arten von 3D-Druck, die heute verwendet werden. Insbesondere der Metall-3D-Druck hat in den letzten Jahren einige der wichtigsten Upgrades erfahren. Metall-3D-Drucker werden durch das Hinzufügen von schichtweisen heißen Metall in einem vorbestimmten Muster erstellt, bevor es abkühlt und die Form annimmt. Diese Methode der Herstellung von Produkten kann komplexe, leichte Teile produzieren, die in Flugzeugen und medizinischen Komponenten verwendet werden können.

Quelle – ESA

Drucken im Weltraum

Zukünftige Raumfahrtteams müssen Geräte wie diese verwenden, um ihren Mangel an Ressourcen auszugleichen. Daher wurde ein konzentrierter Einsatz unternommen, um den 3D-Druck unter außerirdischen atmosphärischen Bedingungen zu untersuchen. Wie bereits erwähnt, wollten ESA-Forscher die Auswirkungen verschiedener Gravitationskräfte auf Materialien und Prozesse untersuchen.

Das Drucken von Artikeln im Weltraum hat das Potenzial, die Bemühungen der Menschheit auf neue Ziele zu katapultieren. Diese Geräte helfen, Abfall zu reduzieren, Flexibilität zu verbessern und das Gewicht zu senken. Natürlich hat das Drucken im Weltraum Probleme, die überwunden werden müssen, bevor es sein volles Potenzial erreichen kann. Insbesondere die fehlende Druck und Gravitationskräfte machen es schwierig, Materialien zu schichten.

Erster Metall-3D-Druck auf der Raumstation

Dieser Monat markiert einen bedeutenden Meilenstein für den Raum-3D-Drucksektor, da die ESA (Europäische Weltraumagentur) den erfolgreichen Druck von mehreren 3D-Metallkomponenten in Mikrogravitation für die Internationale Raumstation bekannt gegeben hat. Diese Nachricht markiert eines der ersten Male, dass die 3D-Druckindustrie in den Weltraum expandiert. Derzeit führt die EU in diesem Markt mit ihrer neuesten Forschung, die das Potenzial hat, die Branche zu revolutionieren.

Der Metall-3D-Drucker-Technologiedemonstrator

Das innovative ESA-Forschungsteam erstellte einen speziell entwickelten Metall-3D-Drucker, der für Mikrogravitationsszenarien konzipiert wurde, für diesen Test. Das 180-kg-Gerät nutzt ein Edelstahlkabel, um starre Metallprodukte und -werkzeuge in winzigen, schichtweise aufgetragenen Schichten zu erstellen. Als Nächstes wurde ein leistungsstarker Laser integriert, um das Kabel zu erhitzen. Dieser Laser ist stark genug, um das Metall in einen flüssigen Zustand zu verwandeln, der in einen Schmelzpool tropft, der den Druckapplikator speist.

Sicherheitsmerkmale

Einige wichtige Sicherheitsmerkmale, die in diesen Drucker integriert sind, sind speziell für den Weltraumreise entwickelt. Zum Beispiel ist das Gerät vollständig in einer Box eingeschlossen, die dazu dient, Wärme zu absorbieren und zu verhindern, dass sie in die Kabine entweicht. Dieser Schutz verhindert auch, dass Dämpfe in das Fahrzeug expandieren, was für Tiefraumexplorer potenziell tödlich sein könnte.

virtuelle Überwachung

Ein weiteres cooles Merkmal des aktualisierten 3D-Druckers ist die vollständige Automatisierung und Steuerung von der Bodenkontrolle. Die Besatzung kann sich entspannen, während die Bodenkontrolle alle technischen Anforderungen übernimmt. Der einzige Schritt, den Astronauten ausführen müssen, ist, das Stickstoffgas zu öffnen, um sicherzustellen, dass es eine ordnungsgemäße Belüftung im Fahrzeug gibt.

Einer der Hauptgründe, warum diese Methode der Steuerung so wichtig ist, ist, dass sie es ermöglicht, lange Weltraumreisen durchzuführen, auch wenn ein bestimmter Forscher nicht weitermachen kann. Die Bodenkontrolle kann den überlebenden Besatzungsmitgliedern bei Bedarf die notwendige Logistik und Materialunterstützung bereitstellen.

Testen

Vier Teile wurden als Teil des Testprozesses von der Erde zur Raumstation gesendet. Der vollständige 3D-Druckprozess wurde von der Bodenkontrolle erfolgreich initiiert, gesteuert, überwacht und überprüft. Die gedruckten Einheiten sind jetzt auf dem Weg zu weiteren Tests.

Insbesondere werden zwei der vier Einheiten zum European Astronaut Centre und zur Technischen Universität Dänemarks, DTU, geschickt. Die letzten beiden Drucke werden im renommierten Materials and Electrical Components Laboratory bei ESTEC in den Niederlanden getestet. Dort werden sie mit bodengedruckten Versionen verglichen, um mögliche Unterschiede in Qualität, Haltbarkeit, Konsistenz oder anderen Faktoren zu untersuchen, die zukünftige Missionen gefährden könnten.

3D-Drucker-Installation

Ein weiteres cooles Merkmal des fortschrittlichen Metall-3D-Druckers ist seine Modularität. Der Drucker wurde so konzipiert, dass er direkt in den European Draw Rack Mark II innerhalb des Columbus-Moduls passt. Dieser Ansatz macht diese Einheiten für alle kompatiblen Weltraumagenturen bereit. Bemerkenswerterweise war es der ESA-Astronaut Andreas Mogensen, der mit der Installation betraut wurde.

Internationale Raumstation

Die Internationale Raumstation, die im November 2000 gestartet wurde, dient als Leuchtturm der internationalen Zusammenarbeit. Dieses massive 460-Tonnen-Raumschiff verfügt über 6 Schlafquartiere, ein vollständiges Fitnessstudio und misst etwa 100 Yards in der Länge. Bemerkenswerterweise umkreist dieses wissenschaftliche Testgelände die Erde 16 Mal pro Tag mit einer atemberaubenden Geschwindigkeit von 28.800 km/h. Diese Geschwindigkeit bedeutet, dass die Passagiere 16 Sonnenaufgänge pro 24 Stunden an Bord des Fahrzeugs erleben. Noch besser ist, dass sie diese atemberaubenden Momente aus dem großen 360-Grad-Fenster der Raumstation genießen können.

Wissenschaftliche Forschungsaktivitäten

Heute ist die Internationale Raumstation ein wichtiger Bestandteil der Forschung und Erprobung neuer Technologien im Weltraum. Das schwimmende Labor bietet einen einzigartigen Ort, um Artikel unter langer Mikrogravitation zu testen. Seit dem Start der Station wurden Tausende von Experimenten und Tests durchgeführt, und sie bleibt einer der wenigen Orte, an denen man eine wirklich langfristige Mikrogravitations-Erfahrung sammeln kann.

Qualitätsprüfung in geringer Schwerkraft

Der Hauptgrund, warum diese Tests für zukünftige Erforschung so wichtig sind, ist, dass Forscher nur begrenzte Daten darüber haben, wie das 3D-Drucken von Metallen im Weltraum funktioniert. In normalen Schwerkraftszenarien können die Geräte ihre Verbundmaterialien leicht schichten. Dieser Prozess wird schwieriger, wenn man mit Mikrogravitation, Turbulenzen und anderen Bedingungen zu tun hat.

Ein wichtiger Aspekt, den Forscher testen möchten, ist, wie haltbar gedruckte Geräte im Vergleich zu ihren bodengedruckten Gegenstücken sein können. Sie möchten gerne erfahren, ob Mikrogravitationsbedingungen die metallischen Materialien, insbesondere während des Schichtprozesses, negativ beeinflussen könnten. Daher gibt es viel Erwartung um die endgültige Überprüfung dieser gedruckten Artikel.

Vorteile von Metall-3D-Druckern im Weltraum

Die Erkenntnis, dass es bereits Metall-3D-Drucker im Weltraum gibt, ist ein Augenöffner. Die Vorteile dieser Geräte sind so groß, dass Weltraumagenturen und 3D-Druck-Unternehmen seit Jahren zusammenarbeiten, um die vielen Komplexitäten der Herstellung von Artikeln in minimaler Schwerkraft zu lösen.

Bemerkenswerterweise ist einer der Hauptvorteile von 3D-Drucken, dass die benötigten Artikel vor Ort erstellt werden können. Für Weltraumreisende wird dies ihre beste Option sein. Im Gegensatz zu den Weltraum-Explorations-Serien ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Besatzungsmitglied auf einen Planeten beamt, um Nachschub zu holen, sehr gering. In den meisten Fällen müssen die Astronauten in der Lage sein, ihre Bedürfnisse aus dem, was auf dem Fahrzeug vorhanden ist, zu erfüllen. Hier sind einige weitere Vorteile, die Sie wissen sollten.

Niedriges Gewicht/Kosten

Die Kosten für das Transportieren eines einzigen Pfundes in den Weltraum liegen im Bereich von Tausenden. Daher gibt es nicht viel Budget für einfache Reparaturgeräte wie Schraubendreher, Schraubenzieher und andere notwendige, aber vielleicht nicht immer benötigte Geräte. 3D-Drucken bietet eine praktikable Alternative, die schneller und günstiger ist als das Senden einer Rakete mit Nachschub in den Orbit.

Neues Werkzeugdesign

Ein weiterer Vorteil des Metall-3D-Druckers ist die Fähigkeit, neue Arten von Werkzeugen und Instrumenten zu erstellen, wenn sie erfunden werden. Es ist wahrscheinlich, dass zukünftige Weltraumreisende speziell entwickelte Werkzeuge benötigen, um mit seltenen und unvorhersehbaren Umgebungen umzugehen. Metall-3D-Drucker würden es diesen Besatzungen ermöglichen, flexibel und anpassungsfähig zu sein, wenn sie ihre Missionsanforderungen erfüllen müssen.

Abfallreduzierung

Ironischerweise ist die Entsorgung von Abfall einer der wichtigsten Aspekte der zukünftigen Weltraumreise-Operationen. Im Gegensatz zur Erde, wo man vielleicht wegkommen kann, indem man seinen Abfall einfach zur Seite wirft und hofft, dass er langsam in die Umgebung verschwindet, kann Weltraumschrott ernsthafte Probleme für zukünftige Reisende verursachen.

Das kleinste Stück Weltraumschrott ist schnell genug, um Satelliten, Raumfahrzeuge und andere empfindliche Gegenstände, einschließlich Astronauten, zu beschädigen. Leider ist der niedrige Erdorbit bereits mit Weltraumschrott überfüllt. 3D-Drucken könnte helfen, Abfall zu reduzieren, was wiederum dazu beitragen würde, Weltraumschrott zu verhindern.

Fortgeschrittene Metall-3D-Drucker könnten verwendet werden, um bereits hergestellte Artikel zu schmelzen und das Material wiederzuverwenden, um andere Geräte herzustellen. Stellen Sie sich vor, dass ein Astronaut einen Schraubendreher verwendet, bevor er das Gerät wieder schmilzt und es in ein anderes wertvolles Werkzeug umwandelt, das erforderlich ist, um die Aufgabe abzuschließen. Diese Vision eliminiert unnötigen Abfall und öffnet die Tür für sicherere Weltraumreisen in der Zukunft.

Forscher

Forscher von der ESA, darunter Rob Postema, Sébastien Girault und andere hoch angesehene Ingenieure, führten diese Tests durch, um wichtige Bereiche für Verbesserungen des Metall-3D-Druckens im Weltraum zu entdecken. Bemerkenswerterweise war das Projekt dank der Finanzierung von Airbus möglich. Airbus ist eines der führenden Automatisierungsunternehmen der Welt und der führende Anbieter in der EU.

Die Zukunft des Metall-3D-Druckens

Die Zukunft des Metall-3D-Druckens sieht vielversprechend aus. Diese jüngsten Fortschritte, kombiniert mit mehr AI-Integration, senken die technischen und finanziellen Barrieren für diese Technologie. Bemerkenswerterweise sehen einige Forscher eine Zukunft, in der Häuser, Werkzeuge, Ersatzteile und sogar menschliche Organe gedruckt werden.

Unternehmen, die 3D-Drucken vorantreiben

Die 3D-Druckindustrie umfasst mehr als nur Druckhersteller. Viele Unternehmen spezialisieren sich auf fortschrittliche 3D-Druckprodukte. Es gibt Anbieter von Spulmaterial, Designer, Software-Entwickler und vieles mehr. All diese Komponenten arbeiten zusammen, um die Integration von 3D-Drucken voranzutreiben. Hier sind einige Unternehmen, die von den jüngsten Forschungsergebnissen zum 3D-Drucken im Weltraum profitieren könnten.

1. Desktop Metal

(DM )

Desktop Metal ist einer der führenden Anbieter von 3D-Druck-Hardware auf der ganzen Welt. Das Unternehmen wurde 2015 gegründet, um die Komponenten der 3D-Druckindustrie zu diesem Zeitpunkt zusammenzubringen. Bemerkenswerterweise sicherte das Unternehmen 438 Millionen Dollar an Finanzierung von prominenten Investoren wie Google Ventures, BMW und Ford Motor Company.

Dieses in Massachusetts ansässige Unternehmen entwickelt Metall- und Kohlenstofffasern-3D-Drucker für industrielle Kunden. Derzeit hat es Kunden bei großen Auto- und Luftfahrtunternehmen. Daher hat das Unternehmen erhebliche Anerkennung erfahren, einschließlich der Aufnahme in die Liste der 50 intelligentesten Unternehmen von MIT Technology Review und der Unterstützung durch den Weltwirtschaftsforum.

Die DM-Aktie gilt als gute Investition, da das Unternehmen gut positioniert ist und der Metall-3D-Druck-Sektor expandiert. Diese Faktoren, kombiniert mit der starken Unterstützung des Projekts, machen Desktop Metal zu einer intelligenten Ergänzung mit Potenzial.

2. Eastman Chemical Company

(EMN )

Die Eastman Chemical Company liefert Chemikalien und andere Materialien, die für 3D-Drucken erforderlich sind. Dieses Unternehmen hat einen Ruf für die Lieferung von Qualitätsservice und -produkten an industrielle Kunden seit seiner Gründung im Jahr 1920 durch George Eastman. Heute bleibt es eine Vorreiterkraft auf dem Markt.

Bemerkenswerterweise hat die Eastman Chemical Company mehrere Auszeichnungen für ihre früheren Errungenschaften erhalten. Zum Beispiel erhielt sie 2013 von der American Chemistry Council (ACC) den begehrten “Responsible Care Company of the Year”-Preis. Diese Faktoren machen die Eastman Chemical Company zu einer intelligenten Ergänzung für jedes ausgewogene Portfolio.

Fortgeschrittenes Metall-3D-Drucken – Eine Technologie, die bereit für den Einsatz ist

Es gibt viele Gründe, warum Metall-3D-Drucken die ideale Option für Weltraumreisende und Menschen in abgelegenen Gebieten ist. Die Fähigkeit, nahezu endlose Designs zu erstellen und herzustellen, macht diese Werkzeuge zu einem wertvollen Vermögenswert für jeden Betrieb. In der Zukunft wird der Preis von 3D-Druckern weiter sinken, dank weiterer Verbesserungen in Materialien und Prozessen. Daher ist es ratsam, auf dem Laufenden zu bleiben, was die 3D-Druckindustrie angeht, um zukünftig von mehr Chancen zu profitieren.

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