In-omloopfabricage die voortschrijdt met metalen 3D-printen

Metal 3D-printtechnieken hebben de afgelopen vijf jaar een lange weg afgelegd. Vooruitgang in materiaalkunde, leveringsmethoden en automatisering hebben 3D-printen meer aanwezig gemaakt in de economie. Nu is 3D-printen klaar om buiten de atmosfeer te gaan. Hier is wat u moet weten.

3D Printing is Big Business

De 3D-printindustrie blijft haar activiteiten uitbreiden. Onderzoekers van BGC hebben voorspeld dat de sector tegen 2032 een waarde van meer dan $95 miljard zal overschrijden. Deze extra waarde vertegenwoordigt een enorme groei ten opzichte van 2022, toen de markt werd gewaardeerd op $18 miljard. Nu staat de markt klaar om nieuwe hoogten te bereiken terwijl de toonaangevende ruimteverkenningsteams van de wereld op zoek zijn naar oplossingen voor hun reisproblemen.

Metal 3D Printing

Er zijn tegenwoordig veel verschillende vormen van 3D-printen in gebruik. Met name metalen 3D-printen heeft de afgelopen jaren enkele van de belangrijkste upgrades ondergaan. Metalen 3D-printers worden gemaakt door opeenvolgende lagen verwarmd metaal in een vooraf bepaald patroon toe te voegen, waarna het afkoelt tot vorm. Deze productiemethode kan complexe, lichtgewicht onderdelen produceren die kunnen worden gebruikt in luchtvaart- en medische componenten.

Bron – ESA

Printing in Space

Toekomstige ruimteverkenningsteams moeten apparaten zoals dit gebruiken om hun gebrek aan middelen te compenseren. Daarom is er een gezamenlijke inspanning geleverd om 3D-printen onder omstandigheden buiten de aardse atmosfeer te bestuderen. ESA-onderzoekers wilden de effecten van verschillende zwaartekrachtskrachten op materialen en processen onderzoeken.
Het printen van objecten in de ruimte heeft het potentieel om de inspanningen van de mensheid naar nieuwe bestemmingen te katapulteren. Deze apparaten helpen afval te verminderen, flexibiliteit te verbeteren en het gewicht te verlagen. Natuurlijk heeft printen in de ruimte zijn problemen die overwonnen moeten worden voordat het zijn volledige potentieel kan bereiken. Met name een gebrek aan druk en zwaartekracht maakt het laagjes aanbrengen van materiaal moeilijk.

First Metal 3D Printing on Space Station

Deze maand markeert een belangrijke mijlpaal voor de ruimte‑3D‑printsector, aangezien de ESA (European Space Agency) de succesvolle print van meerdere 3D‑metalen componenten in microzwaartekracht voor het International Space Station heeft aangekondigd. Dit nieuws is een van de eerste keren dat de 3D‑printindustrie de ruimte heeft betreden. Momenteel leidt de EU de markt met haar nieuwste onderzoek dat potentieel heeft om de sector te revolutioneren.

The Metal 3D Printer Technology Demonstrator

Het innovatieve ESA‑onderzoeksteam heeft een speciaal gebouwde metalen 3D-printer ontwikkeld die is ontworpen om microzwaartekrachtscenario’s voor deze test te accommoderen. Het 180 kg‑zware apparaat maakt gebruik van een roestvrijstalen draad om stijve metalen producten en gereedschappen te creëren in kleine, opeenvolgend aangebrachte lagen. Vervolgens werd er een krachtige laser geïntegreerd om de draad te verwarmen. Deze laser is sterk genoeg om het metaal in een vloeistof te veranderen, die in een smeltpoel druppelt en de printtoepassing voedt.

Safety Features

Enkele belangrijke veiligheidsfuncties die in deze printer zijn geïntegreerd, zijn uniek voor ruimtevaart. Bijvoorbeeld, het apparaat is volledig omsloten door een doos die is ontworpen om warmte te absorberen en te voorkomen dat deze in de cabine ontsnapt. Deze bescherming voorkomt ook dat dampen zich verspreiden in het vaartuig, wat potentieel dodelijk kan zijn voor diepruimtereizigers.

Virtual Monitoring

Een andere coole eigenschap van de geüpgradede 3D-printer is volledige automatisering en bediening vanuit de grondcontrole. De bemanning kan ontspannen terwijl het grondteam alle technische vereisten afhandelt. De enige stap die astronauten moeten uitvoeren, is het openen van het stikstofgas, zodat er voldoende ventilatie in het vaartuig is.
Een van de belangrijkste redenen waarom deze controlemethode cruciaal is, is dat het lange ruimtereizen mogelijk maakt, zelfs als een bepaalde onderzoeker niet kan doorgaan. Het grondteam kan de juiste logistiek en materiële ondersteuning aan de overgebleven bemanningsleden leveren wanneer dat nodig is.

Testing

Vier onderdelen werden ontworpen en vanaf de aarde naar de ruimtestationprinter gestuurd als onderdeel van het testproces. Het grootschalige 3D-printproces werd met succes gestart, gecontroleerd, gemonitord en beoordeeld door het grondcontroleteam. De geprinte eenheden zijn nu onderweg voor verdere tests.
Specifiek gaan twee van de vier eenheden naar het European Astronaut Centre en de Technische Universiteit van Denemarken, DTU. De laatste twee prints worden getest in het prestigieuze Laboratorium voor Materialen en Elektrische Componenten bij ESTEC in Nederland. Hier worden ze vergeleken met op aarde geprinte versies om eventuele verschillen in kwaliteit, duurzaamheid, consistentie of andere factoren die toekomstige missies in gevaar kunnen brengen, te onderzoeken.

3D Printer Install

Een ander cool aspect van de geavanceerde metalen 3D-printer is de modulariteit. De printer is ontworpen om direct in de European Draw Rack Mark II binnen de Columbus-module te passen. Deze aanpak maakt deze eenheden klaar voor gebruik bij alle compatibele ruimteagentschappen. Opmerkelijk is dat ESA‑astronaut Andreas Mogensen de installatie heeft uitgevoerd.

International Space Station

Gelanceerd in november 2000, dient het ISS (International Space Station) als een baken van internationale samenwerking. Dit enorme 460‑ton schip beschikt over 6 slaapvertrekken, een volledige fitnessruimte en is ongeveer 100 yard lang. Opmerkelijk is dat dit wetenschappelijke testplatform de aarde 16 keer per dag omcirkelt met een verbazingwekkende snelheid van 28.800 km/u. Deze snelheid betekent dat passagiers elke 24 uur 16 zonsopkomsten aan boord meemaken. Bovendien kunnen ze deze adembenemende momenten genieten vanuit het grote 360‑graden raam van het ruimtestation.

Scientific Research Activities

Tegenwoordig is het ISS een essentieel onderdeel van onderzoek en het testen van nieuwe technologieën in de ruimte. Het zwevende laboratorium biedt een unieke locatie om objecten te testen onder langdurige microzwaartekracht. Er zijn duizenden experimenten en tests uitgevoerd sinds de lancering van het station en het blijft een van de weinige plaatsen waar men een echt langdurige microgravitatie‑ervaring kan opdoen.

Checking Quality in Low Gravity

De belangrijkste reden waarom deze tests cruciaal zijn voor toekomstige verkenning, is dat onderzoekers beperkte gegevens hebben over hoe het 3D-printen van metalen in de ruimte functioneert. In normale zwaartekrachtscenario’s kunnen de apparaten hun composietmaterialen gemakkelijk in lagen aanbrengen. Dit proces wordt moeilijker bij microzwaartekracht, turbulentie en andere omstandigheden.
Een belangrijk aspect dat onderzoekers willen testen, is hoe duurzaam geprinte apparaten kunnen zijn in vergelijking met hun tegenhangers op aarde. Ze willen graag weten of microzwaartekracht de metalen materialen negatief kan beïnvloeden, vooral tijdens het laagproces. Daarom is er veel verwachting rond de uiteindelijke beoordeling van deze geprinte objecten.

Advantages of Metal 3D Printers in Space

Het feit dat er al metalen 3D-printers in de ruimte operationeel zijn, is een eye‑opener. De voordelen van deze apparaten zijn zo groot dat ruimteagentschappen en 3D‑printbedrijven al jaren samenwerken om de vele complexiteiten van het maken van objecten in minimale zwaartekracht te ontrafelen.
Opmerkelijk is dat een van de belangrijkste voordelen van 3D-printen is dat de benodigde items ter plaatse kunnen worden gemaakt. Voor ruimtevaarders zal dit hun beste optie zijn. In tegenstelling tot de ruimteverkennings-tv-series zijn de kansen dat een bemanningslid naar een planeet wordt getransporteerd voor bevoorrading zeer onwaarschijnlijk. In de meeste gevallen moeten astronauten hun benodigdheden kunnen maken van wat er aan boord is. Hier zijn nog enkele voordelen om te weten.

Lower Weight/cost

De kosten om een enkele pond naar de ruimte te brengen liggen in de duizenden. Daarom is er niet veel budget voor low‑tech reparatieapparaten zoals steeksleutels, schroevendraaiers en andere noodzakelijke, maar niet altijd benodigde, gereedschappen. 3D-printen biedt een levensvatbaar alternatief dat sneller is en minder kost dan het lanceren van een raket met voorraden in een baan.

New Tool Design

Een ander geweldig voordeel van deze metalen 3D-printer is de mogelijkheid om nieuwe soorten gereedschappen en instrumenten te creëren zodra ze worden uitgevonden. Het is waarschijnlijk dat toekomstige ruimtevaarders op maat gemaakte gereedschappen nodig zullen hebben om zeldzame en onvoorstelbare omgevingen aan te kunnen. Metalen 3D-printers zouden deze crews in staat stellen flexibel te zijn en zich aan te passen wanneer dat nodig is om hun missiedoelen te voltooien.

Reduce Waste

Ironisch genoeg is afvalverwerking een van de belangrijkste componenten van toekomstige ruimtevaartoperaties. In tegenstelling tot op aarde, waar je je afval langs de weg kunt gooien in de hoop dat het langzaam oplost in het milieu, kan ruimteafval ernstige problemen veroorzaken voor toekomstige reizigers.

Het kleinste stukje ruimteafval reist snel genoeg om satellieten, ruimtevaartuigen en andere gevoelige objecten, inclusief astronauten, te beschadigen. Helaas is de lage aardbaan al overstroomd met ruimteafval. 3D-printen kan helpen afval te verminderen, wat op zijn beurt kan bijdragen aan het voorkomen van ruimteafval.

Geavanceerde metalen 3D-printers kunnen worden gebruikt om reeds geproduceerde items te smelten en hun materiaal te hergebruiken voor andere apparaten. Stel je een astronaut voor die een steeksleutel gebruikt, deze vervolgens weer smelt en er een ander waardevol gereedschap van print om de taak te voltooien. Deze visie elimineert onnodig afval en opent de deur naar veiligere ruimtevaart in de toekomst.

Researchers

Onderzoekers van de ESA, waaronder Rob Postema, Sébastien Girault en andere hooggewaardeerde ingenieurs, voerden deze tests uit om belangrijke verbeterpunten voor metalen 3D-printen in de ruimte te ontdekken. Het project was mogelijk dankzij financiering van Airbus. Airbus is een van de best presterende automatiseringsbedrijven ter wereld en de toonaangevende speler in de EU.

The Future of Metal 3D Printing

De toekomst van metalen 3D-printen ziet er rooskleurig uit. Deze recente ontwikkelingen, gecombineerd met meer AI‑integratie, blijven de technische en financiële barrières voor deze technologie verlagen. Opmerkelijk is dat sommige onderzoekers een toekomst zien waarin woningen, gereedschappen, reserveonderdelen en zelfs menselijke organen worden geprint.

Companies Pioneering 3D Printing

De 3D-printindustrie bestaat uit meer dan alleen printerfabrikanten. Veel bedrijven zijn gespecialiseerd in geavanceerde 3D-printproducten. Er zijn leveranciers van spoelmaterialen, ontwerpers, softwareontwikkelaars en nog veel meer. Al deze componenten werken samen om de integratie van 3D-printen te stimuleren. Hier zijn enkele bedrijven die kunnen profiteren van het nieuwste onderzoek naar 3D-printen in de ruimte.

1. Desktop Metal

Desktop Metal is een van de toonaangevende leveranciers van 3D‑printhardware wereldwijd. Het bedrijf werd in 2015 opgericht met als doel de componenten van de toenmalige 3D‑printindustrie samen te brengen. Opmerkelijk is dat het bedrijf $438 miljoen aan financiering heeft verkregen van topinvesteerders, waaronder Google Ventures, BMW en Ford Motor Company (F ).

Deze in Massachusetts gevestigde fabrikant ontwerpt zowel metalen als koolstofvezel 3D-printers voor industriële klanten. Momenteel heeft het klanten bij grote auto‑ en luchtvaartbedrijven. Hierdoor heeft het bedrijf aanzienlijke erkenning gekregen, waaronder een vermelding op de lijst van de 50 slimste bedrijven van MIT Technology Review en steun van het World Economic Forum.

Het DM‑aandeel wordt beschouwd als een goede koop vanwege de marktpositie van het bedrijf en de uitbreiding van de metalen 3D‑printsector. Deze factoren, gecombineerd met de sterke steun voor het project, maken Desktop Metal een slimme toevoeging met potentieel.

2. Eastman Chemical Company

EMN Prijsgrafiek

Eastman Chemical Company (EMN ) levert chemicaliën en andere materialen die nodig zijn voor 3D‑printen. Dit bedrijf heeft sinds de oprichting in 1920 door George Eastman een reputatie opgebouwd voor het leveren van kwaliteitsservice en -producten aan industriële klanten. Vandaag blijft het een pionierende kracht op de markt.
Opmerkelijk is dat Eastman Chemical Company meerdere onderscheidingen heeft ontvangen voor haar eerdere prestaties. Bijvoorbeeld, in 2013 heeft de American Chemistry Council (ACC) haar de felbegeerde award “Responsible Care Company of the Year” toegekend. Deze factoren maken Eastman Chemical Company een slimme toevoeging aan elke evenwichtige portefeuille.

Advanced Metal 3D Printing – A Tech Ready for Deployment

Er zijn veel redenen waarom metalen 3D-printen de ideale optie is voor ruimtevaarders en mensen op moeilijk bereikbare locaties. Het vermogen om bijna eindeloze ontwerpen te creëren en te produceren maakt deze tools een waardevol bezit voor elke operatie. In de toekomst zal de prijs van 3D-printers blijven dalen, dankzij verdere verbeteringen in materialen en processen. Daarom is het verstandig om op de hoogte te blijven van de 3D‑printindustrie voor meer kansen in de toekomst.

Leer meer over andere coole productietechnologieën Tech