Fabricación en Órbita Avanzando con la Impresión 3D de Metal

Las técnicas de impresión 3D de metal han avanzado mucho en los últimos 5 años. Los avances en ciencias de materiales, métodos de entrega y automatización han hecho que la impresión 3D sea más frecuente en la economía. Ahora, la impresión 3D está preparada para aventurarse fuera de la atmósfera. Aquí tienes lo que necesitas saber.

La impresión 3D es un gran negocio

La industria de la impresión 3D continúa expandiendo sus operaciones. Investigadores de BGC han pronosticado que la industria superará los +$95 mil millones en valor para 2032. Este valor añadido representa un crecimiento masivo respecto a 2022, cuando el mercado estaba valorado en $18 mil millones. Ahora, el mercado está listo para expandirse a nuevas alturas mientras los principales equipos de exploración espacial del mundo buscan soluciones a sus problemas de viaje.

Impresión 3D de metal

Existen muchos estilos de impresión 3D en uso hoy en día. En particular, la impresión 3D de metal ha experimentado algunas de las actualizaciones más importantes en los últimos años. Las impresoras 3D de metal se crean añadiendo capas sucesivas de metal calentado en un patrón predeterminado antes de dejar que se enfríe y tome forma. Este método de impresión de productos puede producir piezas complejas de bajo peso que pueden usarse en componentes de aeronaves y médicos.

Fuente – ESA

Impresión en el espacio

Los futuros equipos de exploración espacial necesitan usar dispositivos como este para compensar su falta de recursos. Por ello, se ha puesto un esfuerzo concertado en estudiar la impresión 3D bajo condiciones atmosféricas fuera de la Tierra. En consecuencia, los investigadores de la ESA quisieron estudiar los efectos de diferentes fuerzas gravitacionales sobre los materiales y procesos.
Imprimir objetos en el espacio tiene el potencial de catapultar los esfuerzos de la humanidad a nuevos destinos. Estos dispositivos ayudan a reducir residuos, mejorar la flexibilidad y disminuir el peso. Por supuesto, la impresión en el espacio tiene sus problemas que deben superarse antes de alcanzar su verdadero potencial. Específicamente, la falta de presión y de fuerzas gravitacionales dificulta la superposición de capas de material.

Primera impresión 3D de metal en la Estación Espacial

Este mes marca un hito importante para el sector de la impresión 3D espacial, ya que la ESA (Agencia Espacial Europea) anunció la impresión exitosa de múltiples componentes metálicos en microgravedad para la Estación Espacial Internacional. Esta noticia representa una de las primeras veces que la industria de la impresión 3D se lanza al ámbito espacial. Actualmente, la UE lidera este mercado con su investigación más reciente que ofrece el potencial de revolucionar la industria.

El demostrador de tecnología de impresora 3D de metal

El innovador equipo de investigación de la ESA creó una impresora 3D de metal diseñada específicamente para acomodar escenarios de microgravedad para esta prueba. El dispositivo de 180 kg utiliza un alambre de acero inoxidable para crear productos y herramientas metálicas rígidas, en pequeñas capas aplicadas secuencialmente. Luego, se integró un láser potente para calentar el alambre. Este láser es lo suficientemente fuerte como para convertir el metal en líquido, que gotea en una piscina de fusión que alimenta el aplicador de impresión.

Características de seguridad

Algunas características clave de seguridad integradas en esta impresora son únicas para los viajes espaciales. Por ejemplo, el dispositivo está completamente encerrado dentro de una caja diseñada para absorber y evitar que el calor escape a la cabina. Esta protección también impide que los gases se expandan dentro de la nave, lo que podría ser potencialmente fatal para los exploradores del espacio profundo.

Monitoreo virtual

Otra característica interesante de la impresora 3D mejorada es la automatización completa y el control desde el control terrestre. La tripulación puede relajarse mientras el equipo en tierra se encarga de todos los requisitos técnicos. El único paso que los astronautas deben realizar es abrir el gas nitrógeno, asegurando que haya una ventilación adecuada en la nave.
Una de las principales razones por las que este método de control es vital es que permite que los viajes espaciales prolongados ocurran, incluso si un investigador en particular no puede continuar. El equipo en tierra puede proporcionar la logística y el soporte material adecuados a los miembros de la tripulación que sobrevivan cuando sea necesario.

Pruebas

Se diseñaron y enviaron cuatro piezas a la impresora de la estación espacial desde la Tierra como parte del proceso de pruebas. El proceso de impresión 3D a gran escala se inició, controló, monitoreó y revisó con éxito por el equipo de control terrestre. Las unidades impresas ahora están en camino para pruebas adicionales.
Específicamente, dos de las cuatro unidades se enviarán al Centro Europeo de Astronautas y a la Universidad Técnica de Dinamarca, DTU. Las dos impresiones restantes se probarán en el prestigioso Laboratorio de Materiales y Componentes Eléctricos en ESTEC, Países Bajos. Allí, se compararán con versiones impresas en tierra para examinar cualquier diferencia en calidad, durabilidad, consistencia u otros factores que podrían poner en riesgo misiones futuras.

Instalación de la impresora 3D

Otro aspecto interesante de la avanzada impresora 3D de metal es su modularidad. La impresora fue concebida para encajar directamente en el European Draw Rack Mark II dentro del módulo Columbus. Este enfoque hace que estas unidades estén listas para su uso en todas las agencias espaciales compatibles. Cabe destacar que el astronauta de la ESA Andreas Mogensen fue el encargado de la instalación.

Estación Espacial Internacional

Lanzada en noviembre de 2000, la ISS (Estación Espacial Internacional) sirve como un faro de cooperación internacional. Esta enorme nave de 460 toneladas cuenta con 6 camarotes, un gimnasio completo y mide alrededor de 100 yardas de longitud. Cabe destacar que este laboratorio científico orbita la Tierra 16 veces al día a una asombrosa velocidad de 28 800 km/h. Esta velocidad significa que los pasajeros presencian 16 amaneceres cada 24 horas a bordo de la nave. Lo mejor es que pueden disfrutar de estos momentos impresionantes desde la gran ventana panorámica de 360 grados de la estación espacial.

Actividades de investigación científica

Hoy, la ISS es un componente vital para la investigación y prueba de nuevas tecnologías en el espacio. El laboratorio flotante brinda una ubicación única para probar objetos bajo microgravedad prolongada. Se han realizado miles de experimentos y pruebas desde el lanzamiento de la estación y sigue siendo uno de los pocos lugares donde se puede experimentar una microgravedad verdaderamente prolongada.

Comprobación de calidad en baja gravedad

La razón principal por la que estas pruebas son vitales para la exploración futura es que los investigadores disponen de datos limitados sobre cómo funciona la impresión 3D de metales en el espacio. En escenarios de gravedad normal, los dispositivos pueden superponer fácilmente sus materiales compuestos. Este proceso se vuelve más difícil al lidiar con microgravedad, turbulencia y otras condiciones.
Un aspecto clave que los investigadores quieren probar es cuán duraderos pueden ser los dispositivos impresos en comparación con sus contrapartes terrestres. Están interesados en saber si las condiciones de microgravedad podrían afectar negativamente al material metálico, especialmente durante el proceso de superposición de capas. Por ello, hay mucha expectación en torno a la revisión final de estos objetos impresos.

Ventajas de las impresoras 3D de metal en el espacio

El descubrimiento de que ya existen impresoras 3D de metal en funcionamiento en el espacio es revelador. Los beneficios de estos dispositivos son tan grandes que durante años, agencias espaciales y empresas de impresión 3D han colaborado para intentar desentrañar las múltiples complejidades de crear objetos en gravedad mínima.
En particular, una de las principales ventajas de la impresión 3D es que los objetos que necesitas pueden crearse in situ. Para los viajeros espaciales, esta será su mejor opción. A diferencia de la serie de televisión de exploración espacial, las posibilidades de que un miembro de la tripulación se teletransporte a un planeta para reabastecerse son muy improbables. En la mayoría de los casos, los astronautas deberán poder crear sus necesidades a partir de lo que hay a bordo. Aquí hay otros beneficios que debes conocer.

Menor peso/costo

El costo de llevar una sola libra al espacio está en los miles. Por ello, no hay mucho presupuesto para dispositivos de reparación de baja tecnología como llaves, destornilladores y otros aparatos necesarios pero que quizá no se requieran todo el tiempo. La impresión 3D ofrece una alternativa viable que es más rápida y cuesta menos que enviar un cohete con suministros a la órbita.

Nuevo diseño de herramientas

Otra gran ventaja de esta impresora 3D de metal es la capacidad de crear nuevos tipos de herramientas e instrumentos a medida que se inventan. Es probable que los futuros viajeros espaciales requieran herramientas diseñadas específicamente para manejar entornos raros e inimaginables. Las impresoras 3D de metal permitirían a estas tripulaciones ser flexibles y adaptarse cuando sea necesario para cumplir con los requisitos de su misión.

Reducir residuos

El fragmento más pequeño de basura espacial viaja lo suficientemente rápido como para dañar satélites, naves espaciales y otros elementos sensibles, incluidos los astronautas. Lamentablemente, la órbita terrestre baja ya está inundada de basura espacial. La impresión 3D podría ayudar a reducir los residuos, lo que a su vez ayudaría a prevenir la basura espacial.

Las impresoras 3D de metal avanzadas podrían usarse para fundir objetos ya producidos y reutilizar su material para fabricar otros dispositivos. Imagina a un astronauta usando una llave antes de fundir el objeto nuevamente y imprimirlo en otra herramienta valiosa necesaria para completar la tarea. Esta visión elimina residuos innecesarios y abre la puerta a viajes espaciales más seguros en el futuro.

Investigadores

Investigadores de la ESA, incluidos Rob Postema, Sébastien Girault y otros ingenieros muy respetados, realizaron estas pruebas para descubrir áreas clave de mejora para la impresión 3D de metal en el espacio. Cabe destacar que el proyecto fue posible gracias a la financiación de Airbus. Airbus es una de las empresas automáticas de mayor rendimiento en el mundo y el principal contendiente en la UE.

El futuro de la impresión 3D de metal

El futuro de la impresión 3D de metal se ve prometedor. Estos recientes avances, junto con una mayor integración de IA, continúan reduciendo las barreras técnicas y financieras de esta tecnología. En particular, algunos investigadores visualizan un futuro donde se imprimen viviendas, herramientas, repuestos e incluso órganos humanos.

Empresas pioneras en la impresión 3D

La industria de la impresión 3D es más que solo fabricantes de impresoras. Muchas empresas se especializan en productos avanzados de impresión 3D. Hay proveedores de material en bobina, diseñadores, desarrolladores de software y mucho más. Todos estos componentes trabajan juntos para impulsar la integración de la impresión 3D. Aquí hay algunas empresas que podrían beneficiarse de la última investigación sobre impresión 3D en el espacio.

1. Desktop Metal

Desktop Metal es uno de los principales proveedores de hardware de impresión 3D del mundo. La empresa se fundó en 2015 con el objetivo de reunir los componentes de la industria de la impresión 3D de la época. Cabe destacar que la firma obtuvo $438 M en financiación de inversores de primer nivel, incluidos Google Ventures, BMW y Ford Motor Company (F ).

Este fabricante con sede en Massachusetts diseña impresoras 3D de metal y fibra de carbono para clientes industriales. Actualmente, cuenta con clientes en importantes empresas automotrices y aeroespaciales. Por ello, la empresa ha recibido un reconocimiento considerable, incluida su inclusión en la lista de las 50 compañías más inteligentes de MIT Technology Review y el apoyo del Foro Económico Mundial.

Se considera que la acción DM es una buena compra debido al posicionamiento de la empresa en el mercado y la expansión del sector de impresión 3D de metal. Estos factores, junto con el sólido respaldo del proyecto, hacen de Desktop Metal una incorporación inteligente con potencial.

2. Eastman Chemical Company

EMN Gráfico de precios

Eastman Chemical Company (EMN ) proporciona productos químicos y otros materiales necesarios para la impresión 3D. Esta empresa tiene una reputación de ofrecer servicios y productos de calidad a clientes industriales desde su fundación en 1920 por George Eastman. Hoy, sigue siendo una fuerza pionera en el mercado.
Cabe destacar que Eastman Chemical Company ha recibido múltiples reconocimientos por sus logros pasados. Por ejemplo, en 2013, el American Chemistry Council (ACC) le otorgó el codiciado premio “Empresa del Año en Cuidado Responsable”. Estos factores hacen de Eastman Chemical Company una incorporación inteligente a cualquier cartera equilibrada.

Impresión 3D de metal avanzada: una tecnología lista para el despliegue

Hay muchas razones por las que la impresión 3D de metal es la opción ideal para los viajeros espaciales y aquellos en lugares de difícil acceso. La capacidad de crear y producir diseños casi infinitos convierte a estas herramientas en un activo valioso para cualquier operación. En el futuro, el precio de las impresoras 3D seguirá disminuyendo, gracias a mejoras continuas en materiales y procesos. Por ello, es prudente mantenerse al día con la industria de la impresión 3D para aprovechar más oportunidades en el futuro.

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