SpaceCAL 3D-Druck in Mikrogravitation von Wissenschaftlern an Bord von Virgin Galactic als Erfolg bezeichnet 07

Eine Gruppe von Forschern der University of California, Berkeley, hat kürzlich einen weiteren erfolgreichen Test ihres Mikrogravitäts‑3D‑Drucksystems SpaceCAL abgeschlossen. Dieses nächste‑Generation‑Gerät könnte die Tür für Reisen in den tiefen Weltraum öffnen, indem es Astronauten ermöglicht, bei Bedarf Teile, Werkzeuge, Medikamente und sogar Organe zu drucken. Diese Fähigkeiten sind noch weit entfernt, und dieser neueste Test markiert einen weiteren Meilenstein auf ihrem Weg.

Die Forschung zum Drucken im Weltraum hat in den letzten fünf Jahren zugenommen. Diese Geräte unterscheiden sich von ihren erdgebundenen Vorgängern, weil sie nicht auf die Schwerkraft zur Unterstützung ihrer Schichtprozesse zurückgreifen können. Daher mussten Ingenieure neue Methoden entwickeln, um ihre Drucke zu formen.

CAL

Das SpaceCAL‑Projekt nutzt ein neues 3D‑Druckverfahren namens CAL „computed axial lithography“. Dieses Verfahren verwendet empfindliche Polymere, die auf Licht reagieren. Das lichtempfindliche Harz kann mit Lasern zu komplexen 3D‑Strukturen geformt werden. Bemerkenswert ist, dass die CAL‑3D‑Druckmethode 2017 von Hayden Taylor, dem leitenden Forscher des SpaceCAL‑Projekts, entwickelt wurde.

Die CAL‑3D‑Druckmethode ist ideal für die Fertigung in geringer Schwerkraft, da sie nicht auf ein Schichtverfahren angewiesen ist. Stattdessen wird das Material in einer Kammer platziert, bevor zwei Laser eingesetzt werden, um den Druck zu formen und zu verfestigen. Einer der Hauptvorteile der CAL‑Druckmethode ist, dass sie die Entwicklung rationalisiert und nur eine einzige Einheit benötigt.

SpaceCAL

Das SpaceCAL‑Projekt wendet die seit 2017 stattgefundene Forschung und Entwicklung auf das Druckverfahren an. Das Ergebnis ist ein geschlossener, sicherer und zuverlässiger Weg, eine riesige Auswahl an Materialien im Orbit oder anderen Mikrogravitations‑Szenarien zu drucken. Bemerkenswert ist, dass SpaceCAL bereits mehrere Niedrig‑Gravitations‑Versuche abgeschlossen hat. Dieser neueste war jedoch der erste, der den Orbit erreichte.

Quelle – Virgin Galactic [securities_stock_price_tag symbol="SPCE" exchange="NYSE"]

SpaceCAL Test

Der Test des SpaceCAL‑Drucksystems fand am 8. Juni 2024 an Bord der Virgin Galactic VSS Unity statt. Virgin Galactic brachte das Gerät in den suborbitalen Raum, was einen 140‑Sekunden‑Versuch ermöglichte. Die Ingenieure wählten vier Benchys als Druckobjekte aus. Benchys werden verwendet, um die Genauigkeit und Leistungsfähigkeit von 3D‑Druckern zu testen.

Diese Testdrucke reichen in ihrer Komplexität von einfachen Designs bis hin zu komplexen Mehrmaterial‑Strukturen. Für diesen Test hielt der Wissenschaftler die Drucke relativ einfach. Konkret wurden vier Benchys gedruckt, darunter ein kleines Raumfahrzeug und einige Schlepper. Bemerkenswert ist, dass die Benchys mit einem lichtempfindlichen Kunststoffharz namens PEGDA gedruckt wurden.

Results

Die Ergebnisse des Testflugs erwiesen sich als erfolgreich. SpaceCAL vollendete die Drucke innerhalb des kurzen zur Verfügung stehenden Zeitfensters. Sie entsprachen den Entwürfen und benötigten jeweils nur etwa 20 Sekunden. Laut den Forschern werden die nächsten Tests längeres Drucken und komplexere Designs versuchen.

SpaceCAL Benefits

Das SpaceCAL‑Projekt könnte dem Markt zahlreiche Vorteile bringen. Erstens ermöglicht es Reisenden, in Notfällen schnell und präzise Teile zu drucken. Die Einheit bietet Direkt‑On‑Demand‑Druck, der von der Basis aus oder von Astronauten im Flug gesteuert werden kann. Für Reisende im tiefen Weltraum eliminiert diese Option die Notwendigkeit, Tausende potenzieller Ersatzteile mitzunehmen.

Different Materials

Die SpaceCAL‑Druckmethode ist äußerst flexibel. Die Forscher haben ihr Verfahren bereits mit über 60 verschiedenen Materialien getestet. Diese Geräte können mit Silikonen, Kunststoffen, Glasverbundwerkstoffen, Biomaterialien und mehr drucken. Daher sind sie ideal für ressourcenarme Umgebungen wie Raumschiffe, in denen jeder Abfall in nützliche Drucke recycelt werden kann.

Die Raumfahrt muss jedes Gramm Gewicht berücksichtigen. Daher ist es entscheidend, ein 3D‑Druckverfahren zu schaffen, das sowohl robuste Teile und Werkzeuge als auch Gewebe und organische Materialien verarbeiten kann. Die Vielseitigkeit des SpaceCAL‑Druckers könnte ihn zu einer idealen Lösung für diese Aufgaben machen. Darüber hinaus können diese Geräte, sobald neue Harze, Polymere und Metallverbundstoffe verfügbar werden, das verbesserte Material integrieren und starke sowie komplexere Drucke in kürzerer Zeit erzeugen.

Single Print

Ein weiterer Vorteil, den SpaceCAL Raumfahrern bietet, ist die Möglichkeit, in einem einzigen Druckschritt zu erstellen. Viele aktuelle 3D‑Druckverfahren erfordern mehrere Schritte, was Material, Komplexität, Kosten und Gewicht der Geräte erhöht. Der SpaceCAL‑Drucker kann komplexe, kundenspezifische 3D‑Geometrien in einem einzigen Druckschritt erzeugen, was Effizienz und Sicherheit verbessert.

Faster Prints

Die SpaceCAL‑Druckmethode ist im Vergleich zu Schichtverfahren sehr schnell. Die Testergebnisse zeigten, dass die 3D‑gedruckten Benchys nur etwa 20 Sekunden pro Druck benötigten. Diese Geschwindigkeit eröffnet künftig neue Anwendungsfälle für diese Einheiten. Stellen Sie sich vor, ein Raumfahrer druckt schnell ein Energie‑Teil, ein Werkzeug oder einen anderen benötigten Gegenstand ohne Verzögerung. Bemerkenswert ist, dass dieser Ansatz weitaus schneller ist als heutige Methoden, bei denen ein einzelner komplexer Druck Stunden dauern kann.

Freedom of Design

Einer der größten Vorteile, den diese Forschung gezeigt hat, ist, dass Mikrogravitäts‑3D‑Drucker Gegenstände herstellen können, die auf der Erde nicht möglich sind. Diese Niedrig‑Gravitations‑Umgebungen verbessern den Materialfluss und ermöglichen es Ingenieuren, kreativer zu entwerfen. Daher könnte die Zukunft orbital hergestellte additive Produkte zu entscheidenden Elementen des täglichen Lebens machen.

Use Cases for SpaceCAL

Es gibt mehrere unmittelbare Anwendungsfälle für die SpaceCAL‑Drucker. Hauptsächlich werden sie als entscheidende Elemente für Reisen in den tiefen Weltraum angesehen. Es gibt sogar Pläne, diese Geräte zur Unterstützung der Mondkolonisation einzusetzen. Dieser neueste Test bestätigt die Forschung des Teams und demonstriert die verbesserte Leistung, die die SpaceCAL‑Methode bietet. In Zukunft könnten Varianten dieser Geräte alles von Teilen bis hin zu Häusern drucken.

Medical Needs

Einer der faszinierendsten und futuristischsten Aspekte des SpaceCAL‑Projekts ist seine Fähigkeit, Biomaterialien zu drucken. Stellen Sie sich vor, Astronauten drucken Organe, zahnärztliche Bedürfnisse, Hauttransplantate und sogar neue Linsen. Die Forscher sehen dies als die zukünftige Anwendung ihrer Erfindung. Sie stellen sich einen Tag vor, an dem SpaceCAL‑Drucker Organe herstellen, die auf der Erde unmöglich zu drucken wären. Diese Organe könnten von Astronauten genutzt oder zurück zur Erde transportiert werden, um der Bevölkerung zu dienen.

Researchers

Die Forschung für dieses Projekt umfasste ein Team von UC Berkeley- und Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)-Studenten, das von Hayden Taylor geleitet wurde. Die Forscher Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath und Audrey Young halfen ebenfalls bei der Entwicklung und dem Test des SpaceCAL‑Konzepts.

SpaceCAL wird vom NASA‑Programm Flight Opportunities, Berkeley Engineering und dem derzeit im Bau befindlichen Berkeley Space Center unterstützt. Zusätzlich erhielt das Projekt eine Förderung von 1,4 Millionen US‑Dollar, die es den Forschern ermöglichte, ihr Gerät und die Tests zu verbessern.

Companies that Could Leverage this Study to Improve Revenue

Mehrere Hersteller könnten die SpaceCAL‑Drucktechnologie integrieren, um neue Produkte anzubieten oder bestehende zu verbessern. Diese Unternehmen haben bereits eine starke Position in ihren jeweiligen Märkten, und die Einführung von schnellen und effizienten SpaceCAL‑Druckmethoden könnte ihr Angebot erheblich verbessern.

Organovo Holdings

Organovo Holdings ist ein Pionier im Bereich der biomedizinischen 3D‑Drucktechnologie. Das Ziel des Unternehmens ist es, 3D‑Drucker zu nutzen, um menschliche Organe und Gewebe nachzubilden, sodass Forscher die Auswirkungen von Medikamenten, Umweltfaktoren und anderen Einflüssen untersuchen können, ohne Menschen zu gefährden.

Organovo Holdings hat seinen Sitz in San Diego und ist ein Vorreiter im Bereich des 3D‑Biotissue‑Drucks. Seine Produkte ermöglichen es Forschern, Krankheiten, Infektionen und mögliche Heilungen zu untersuchen. Die Fähigkeit, Gewebe und organisches Material zu drucken, eröffnet eine Zukunft, in der Spender nicht mehr nötig sind und Notfall‑medizinische Eingriffe schneller durchgeführt werden können, wodurch jährlich Millionen von Leben gerettet werden.

Organovo Holdings ist eine solide Ergänzung für Ihr Portfolio. Das Unternehmen präsentierte kürzlich seine Forschung auf der diesjährigen Digestive Disease Week (DDW2024). Die Positionierung des Unternehmens als Marktführer sowie die wachsende Nachfrage nach biomedizinischen Druckdienstleistungen positionieren Organovo Holdings für zukünftigen Erfolg.

Proto Labs

PRLB Preisdiagramm

Proto Labs (PRLB ) trat 1999 in den Markt ein und hat seinen Sitz in Maple Plain, Minnesota. Das Unternehmen spezialisiert sich auf Kleinserien- und Prototypendrucke. Es bietet verschiedene Dienstleistungen an, darunter schnelle additive Fertigung und Spritzguss. Die schnelle Auftragsabwicklung und Flexibilität des Unternehmens haben ihm eine dominante Marktposition verschafft.

Proto Labs verfügt über Fachwissen in einer breiten Palette von Branchen. Konkret bietet das Unternehmen Konsumgüter, Medizinprodukte und Automobilteile an. Der Hersteller ermöglicht es Ingenieuren, in gängiger Software wie CAD zu arbeiten und ihre Drucke für schnelle Ergebnisse zu übermitteln. Proto Labs liefert Drucke innerhalb von Tagen und ist damit die führende Lösung für Prototypen.

Die Nachfrage nach den Dienstleistungen von Proto Labs ist im Laufe der Jahre stetig gestiegen. Das Unternehmen hat derzeit eine Marktkapitalisierung von 857,71 Mio. USD. Wenn Proto Labs SpaceCAL‑Technologien in sein Geschäftsmodell integrieren könnte, könnte es seinen Kunden noch schnellere Prototypen anbieten. Zudem könnten Druckkosten gesenkt und der Bedarf an vielen bestehenden Druckern eliminiert werden.

Future of 3D Printing

Die Zukunft des 3D‑Drucks sieht vielversprechend aus. In den letzten Jahren gab es zahlreiche bedeutende Entwicklungen in der Branche. Die heute fortschrittlichsten 3D‑Drucker nutzen Niedrigenergie‑Laser und können mit einem einzigen Gerät mehrere Materialien drucken. Dadurch ist es nun möglich, funktionierende komplexe und sogar elektrische Geräte zu drucken.

Deep Space Research

Die Forschung im tiefen Weltraum treibt weiterhin F&E‑Aktivitäten an. Kürzlich wurden 3D‑gedruckte Herzen zur Internationalen Raumstation gebracht. Ziel war es, die Auswirkungen von Weltraumstrahlung auf Organe zu untersuchen. Die Forschung ist Teil einer größeren Mission, die Unterstützung von der Brown University, der Johns Hopkins University und der NASA erhalten hat.

Easy Interfaces

KI‑Chatbots auf Basis großer Sprachmodelle sind eine weitere bedeutende Entwicklung, die das 3D‑Druckerlebnis neu gestalten wird. Diese Schnittstellen ermöglichen es Menschen, mit Computern wie mit Menschen zu kommunizieren. Programme wie ChatGPT haben die Leistungsfähigkeit dieser Werkzeuge gezeigt und wie sie Effizienz steigern, Fähigkeiten erweitern und Kosten senken können.

In Zukunft wird 3D‑Druck nicht mehr viel technisches Fachwissen erfordern. Die meisten Geräte benötigen lediglich Text‑ oder Sprachbefehle, um komplexe Aufgaben zu erledigen, die sie über Jahre hinweg durch Daten und KI‑Modell‑Updates erlernt haben. Kombiniert man die Perspektive der SpaceCAL‑Drucktechnologie mit fortschrittlichen KI‑Fähigkeiten, scheint die Technologie ein unbegrenztes Potenzial zu besitzen.

High Efficiency Printers

Kürzlich entwickelten Forscher ein neues Dual‑Laser‑DruckMethode, die Kosten und Abfall reduziert. Diese Methode wandelte einen der üblichen Femtosekunden‑Laser in eine weniger leistungsstarke Einheit um. Das Team führte anschließend eine neue rechnerische Formel ein, die eine optimale Abstimmung zwischen den Lasern ermöglichte. Die Ergebnisse ähneln denen der ursprünglichen Dual‑Femtosekunden‑Laser.

Der neue Ansatz nutzte eine deutlich günstigere Laser‑Alternative, wodurch die Kosten erheblich gesenkt wurden. Darüber hinaus kann dieses Upgrade mit minimalem Aufwand an die meisten derzeit im Fertigungssektor eingesetzten Laser‑3D‑Drucker angepasst werden. Damit könnte dieses Upgrade dazu beitragen, die 3D‑Druckkosten weltweit zu senken und bald noch erschwinglichere Geräte zu ermöglichen.

Another Successful Test

Diese jüngste Testrunde verdeutlicht, wie schnell das Team in seiner Mission vorangekommen ist. Sie können damit rechnen, mehr über dieses Projekt zu erfahren, wenn die Ingenieure versuchen, komplexe Geräte während Raumflügen zu drucken. Für den Moment könnten die bahnbrechenden Bemühungen dieses innovativen Teams im Mikrogravitäts‑Druck eines Tages das Leben von Milliarden Menschen verbessern.

Erfahren Sie jetzt mehr über andere coole 3D‑Druckprojekte jetzt.