SpaceCAL 3D‑printen in microzwaartekracht door wetenschappers aan boord van Virgin Galactic gelabeld als een succes 07

Een groep onderzoekers van de University of California, Berkeley, heeft onlangs opnieuw een succesvolle test voltooid van hun microzwaartekracht 3D‑print systeem, SpaceCAL. Dit next‑gen apparaat zou de deur kunnen openen voor reizen naar de diepe ruimte door astronauten in staat te stellen onderdelen, gereedschap, medicijnen en zelfs organen te printen wanneer dat nodig is. Deze mogelijkheden liggen nog ver in de toekomst, en deze nieuwste test vormt een nieuwe mijlpaal in hun traject.

Onderzoek naar printen in de ruimte is de afgelopen vijf jaar toegenomen. Deze eenheden verschillen van hun aardse voorgangers omdat ze niet op zwaartekracht kunnen rekenen om hun laagprocessen te ondersteunen. Daardoor hebben ingenieurs nieuwe methoden moeten ontwikkelen om hun prints te vormen.

CAL

Het SpaceCAL‑project maakt gebruik van een nieuwe 3D‑printmethode genaamd CAL “computed axial lithography”. Deze methode introduceert gevoelige polymeren die op licht reageren. Het foto‑gevoelige hars kan met lasers worden gevormd tot complexe 3D‑structuren. Opmerkelijk is dat de CAL‑3D‑printmethode in 2017 werd ontwikkeld door Hayden Taylor, de hoofdonderzoeker van het SpaceCAL‑project.

De CAL‑3D‑printmethode is ideaal voor productie in lage zwaartekracht omdat ze niet afhankelijk is van een laag‑benadering. In plaats daarvan wordt het materiaal in een kamer geplaatst voordat twee lasers worden gebruikt om de print te vormen en te verharden. Een van de belangrijkste voordelen van de CAL‑printmethode is dat het de ontwikkeling stroomlijnt en slechts één eenheid vereist.

SpaceCAL

Het SpaceCAL‑project past het onderzoek en de ontwikkeling die sinds 2017 hebben plaatsgevonden toe op de printmethode. Het resultaat is een afgesloten, veilige en betrouwbare manier om een enorme selectie materialen te printen tijdens een baan om de aarde of andere microzwaartekrachtscenario’s. Opmerkelijk is dat SpaceCAL al meerdere low‑gravity‑proeven heeft voltooid. Deze nieuwste proef was echter de eerste die de baan in ging.

Bron – Virgin Galactic

SpaceCAL Test

De test van het SpaceCAL‑print systeem vond plaats aan boord van de Virgin Galactic VSS Unity op 8 juni 2024. Virgin Galactic bracht het apparaat naar suborbitale ruimte, waardoor een proef van 140 seconden kon worden uitgevoerd. De ingenieurs kozen vier “benchys” als hun prints. Benchys worden gebruikt om de nauwkeurigheid en mogelijkheden van 3D‑printers te testen.

Deze test‑prints variëren in complexiteit van eenvoudige ontwerpen tot complexe multi‑materiaalstructuren. Voor deze test hield de wetenschapper de prints relatief eenvoudig. Concreet werden vier benchys geprint, waaronder een klein ruimtevaartuig en enkele sleepboten. Opmerkelijk is dat de benchys werden geprint met een licht‑gevoelige plastic hars genaamd PEGDA.

Resultaten

De resultaten van de testvlucht bleken succesvol. SpaceCAL voltooide de prints binnen het korte tijdvenster dat beschikbaar was. Ze waren nauwkeurig volgens de ontwerpen en namen per stuk slechts 20 seconden in beslag. Volgens de onderzoekers zullen de volgende tests proberen langdurig te printen en meer ingewikkelde ontwerpen.

SpaceCAL Voordelen

Er zijn veel voordelen die het SpaceCAL‑project op de markt kan brengen. Ten eerste stelt het reizigers in staat om in noodgevallen snel en nauwkeurig onderdelen te printen. Het apparaat biedt directe on‑demand printen die kan worden bestuurd vanaf de basis of door astronauten tijdens de vlucht. Voor reizigers in de diepe ruimte elimineert deze optie de noodzaak om duizenden mogelijke reserveonderdelen mee te nemen.

Verschillende Materialen

De SpaceCAL‑printmethode is uiterst flexibel. De onderzoekers hebben hun printmethode al getest met meer dan 60 verschillende materialen. Deze apparaten kunnen printen met siliconen, kunststoffen, glascomposieten, biomaterialen en meer. Hierdoor zijn ze ideaal voor omgevingen met schaarse hulpbronnen, zoals ruimteschepen waar elk stukje afval kan worden gerecycled tot bruikbare prints.

Ruimtevaart moet elk gram gewicht in overweging nemen. Daarom is het cruciaal om een 3D‑printmethode te creëren die duurzame onderdelen en gereedschap kan produceren, terwijl ook weefsels en organische materialen ondersteund worden. De veelzijdigheid van de SpaceCAL‑printer zou dit de ideale oplossing voor deze taken kunnen maken. Bovendien, naarmate nieuwe harsen, polymeren en metaalcomposieten opkomen, kunnen deze apparaten het verbeterde materiaal integreren, waardoor sterke en complexere prints in minder tijd ontstaan.

Enkele Print

Een ander voordeel dat SpaceCAL biedt aan ruimte‑reizigers is de mogelijkheid om te creëren met één enkele printstap. Veel huidige 3D‑printmethoden vereisen meerdere stappen, wat leidt tot meer materiaal, complexiteit, kosten en gewicht van de apparaten. De SpaceCAL‑printer kan ingewikkelde, op maat gedefinieerde 3D‑geometrieën in één printstap maken, waardoor efficiëntie en veiligheid verbeteren.

Snellere Prints

De SpaceCAL‑printmethode is zeer snel vergeleken met laag‑methoden. De testresultaten toonden aan dat de 3D‑geprinte benchys slechts ongeveer 20 seconden per print nodig hadden. Deze snelheid opent de deur voor nieuwe toepassingsgevallen voor deze eenheden in de toekomst. Stel je een ruimte‑reiziger voor die snel een energie‑onderdeel, gereedschap of ander benodigd item print zonder vertraging. Opmerkelijk is dat deze aanpak veel sneller is dan de huidige methoden, die uren kunnen duren voor één complexe print.

Vrijheid van Ontwerp

Een van de grootste voordelen die dit onderzoek heeft aangetoond, is dat microzwaartekracht‑3D‑printers items kunnen printen die op aarde niet mogelijk zijn. Deze low‑gravity‑omgevingen verbeteren de materiaalstroom en stellen ingenieurs in staat creatiever te zijn in hun ontwerpen. Hierdoor zou de toekomst orbitale additief vervaardigde producten als cruciale elementen van het dagelijks leven kunnen zien.

Toepassingsgevallen voor SpaceCAL

Er zijn verschillende directe toepassingsgevallen voor de SpaceCAL‑printers. Primair worden ze gezien als cruciale elementen voor reizen naar de diepe ruimte. Er zijn zelfs plannen om deze apparaten te gebruiken om de maan te koloniseren. Deze nieuwste test bevestigt het onderzoek van het team en toont de verbeterde prestaties die de SpaceCAL‑methode biedt. In de toekomst zouden varianten van deze apparaten kunnen worden gebruikt om alles te printen, van onderdelen tot huizen.

Medische Behoeften

Een van de gaafste en meest sci‑fi aspecten van het SpaceCAL‑project is het vermogen om biomaterialen te printen. Stel je astronauten voor die organen, tandheelkundige benodigdheden, huidtransplantaten en zelfs nieuwe lenzen printen. De onderzoekers zien dit als de uiteindelijke toekomst voor hun creatie. Ze stellen zich een dag voor waarop SpaceCAL‑printers organen maken die op aarde onmogelijk te printen zouden zijn. Deze organen zouden door astronauten kunnen worden gebruikt of terug naar de planeet kunnen worden gestuurd voor gebruik door de bevolking.

Onderzoekers

Het onderzoek voor dit project omvatte een team van UC Berkeley- en Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)-studenten onder leiding van Hayden Taylor. Onderzoekers Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath en Audrey Young hebben ook bijgedragen aan de ontwikkeling en test van het SpaceCAL‑concept.

SpaceCAL wordt ondersteund door het NASA Flight Opportunities‑programma, Berkeley Engineering en het momenteel in aanbouw zijnde Berkeley Space Center. Bovendien heeft het project een subsidie van $1,4 miljoen verkregen, waardoor onderzoekers hun apparaat en tests konden verbeteren.

Bedrijven die deze Studie Kunnen Benutten om de Omzet te Verbeteren

Verschillende fabrikanten zouden de SpaceCAL‑printtechnologie kunnen integreren om nieuwe producten te leveren of bestaande te verbeteren. Deze bedrijven hebben al een sterke positie in hun respectieve markten en de introductie van snelle en efficiënte SpaceCAL‑printmethoden zou hun aanbod aanzienlijk kunnen verbeteren.

Organovo Holdings

(ONVO )

Organovo Holdings is een pionier op het gebied van biomedische 3D‑printen. Het doel van het bedrijf is om 3D‑printers te gebruiken om menselijke organen en weefsels na te bootsen, waardoor onderzoekers de effecten van medicijnen, de omgeving en andere factoren kunnen bestuderen zonder mensen in gevaar te brengen.

Organovo Holdings is gevestigd in San Diego en is een pionier op het gebied van 3D‑bio‑weefselprinten. Haar producten stellen onderzoekers in staat ziekten, infecties en mogelijke behandelingen te bestuderen. Het vermogen om weefsel en organisch materiaal te printen opent de deur naar een toekomst waarin donoren niet meer nodig zijn en spoedeisende medische procedures sneller kunnen plaatsvinden, waardoor jaarlijks miljoenen levens worden gered.

Organovo Holdings is een sterke toevoeging aan uw portefeuille. Het bedrijf sprak recentelijk over hun onderzoek tijdens de Digestive Disease Week (DDW2024) van dit jaar. De positie van het bedrijf als koploper in de markt, gecombineerd met de groeiende vraag naar biomedische printdiensten, plaatst Organovo Holdings voor toekomstig succes.

Proto Labs

(PRLB )

Proto Labs betrad de markt in 1999 en is gevestigd in Maple Plain, Minnesota. Het bedrijf is gespecialiseerd in korte productieruns en prototyping‑prints. Het biedt diverse diensten, waaronder snelle additive manufacturing en spuitgieten. De snelle doorlooptijd en flexibiliteit van het bedrijf hebben geholpen een dominante positie in de markt te veroveren.

Proto Labs heeft expertise die zich uitstrekt over een enorm scala aan industrieën. Concreet biedt het bedrijf consumentenproducten, medische apparaten en auto‑onderdelen. De fabrikant stelt ingenieurs in staat om te ontwerpen in populaire software zoals CAD en vervolgens hun prints te verzenden voor snelle resultaten. Proto Labs levert prints binnen dagen, waardoor het de toonaangevende oplossing voor prototyping is.

De vraag naar de diensten van Proto Labs is door de jaren heen gestaag gestegen. Het bedrijf heeft momenteel een marktkapitalisatie van $857,71 M. Als Proto Labs SpaceCAL‑technologieën in haar bedrijfsmodel zou integreren, zou ze nog snellere prototyping aan haar klanten kunnen bieden. Het zou ook de printkosten kunnen verlagen en de noodzaak voor veel van haar huidige printers kunnen wegnemen.

Toekomst van 3D‑Printen

De toekomst van 3D‑printen ziet er rooskleurig uit. Er zijn de afgelopen jaren veel belangrijke ontwikkelingen in de industrie geweest. De meest geavanceerde 3D‑printers van vandaag gebruiken nu laag‑vermogen lasers en kunnen meerdere materialen printen met één apparaat. Hierdoor is het nu mogelijk om werkende, complexe en zelfs elektrische apparaten te printen.

Diep‑Ruimte Onderzoek

Deep‑space‑onderzoek blijft R&D‑inspanningen aandrijven. Recentelijk werden 3D‑geprinte harten naar het International Space Station gebracht. Het doel was de effecten van ruimte‑straling op organen te onderzoeken. Het onderzoek maakt deel uit van een grotere missie die steun heeft gekregen van Brown en Johns Hopkins University, evenals NASA.

Eenvoudige Interfaces

Large Language Model AI‑chatbots zijn een andere belangrijke ontwikkeling die de 3D‑printervaring zal hervormen. Deze interfaces stellen mensen in staat om met computers te communiceren alsof het mensen zijn. Programma’s zoals ChatGPT hebben de kracht van deze tools aangetoond en hoe ze efficiëntie kunnen verbeteren, mogelijkheden kunnen uitbreiden en kosten kunnen verlagen.

In de toekomst zal 3D‑printen niet veel technische vaardigheden vereisen. De meeste eenheden hebben alleen tekst‑ of spraakopdrachten nodig om complexe taken uit te voeren, die ze geleidelijk hebben geleerd door jaren aan data en upgrades van hun AI‑modellen. Wanneer je de vooruitzichten van SpaceCAL‑printtechnologie combineert met geavanceerde AI‑mogelijkheden, lijkt de technologie oneindig potentieel te hebben.

Hoge‑Efficiëntie Printers

Recentelijk hebben onderzoekers een nieuwe dual‑laser‑print methode ontwikkeld die kosten en afval vermindert. Deze methode zette een van de gebruikelijke femtoseconden‑lasers om in een lager vermogen eenheid. Het team introduceerde vervolgens een nieuwe computationele formule die hen in staat stelde een optimale afstemming tussen de lasers te bepalen. De resultaten zijn vergelijkbaar met de oorspronkelijke dual‑femtoseconden‑lasers.

De nieuwe aanpak gebruikte een veel goedkopere laser‑alternatief, waardoor de kosten aanzienlijk daalden. Bovendien kan deze upgrade met minimale inspanning worden aangepast aan de meeste huidige laser‑3D‑printers die in de productiesector worden gebruikt. Hierdoor zou deze upgrade kunnen bijdragen aan het wereldwijd verlagen van 3D‑printkosten en binnenkort de deur openen voor nog betaalbaardere apparaten.

Nog Een Succesvolle Test

Deze nieuwste testronde benadrukt hoe snel het team in zijn missie is gevorderd. U kunt meer over dit project verwachten naarmate de ingenieurs complexe apparaten willen printen tijdens ruimte‑reizen. Voor nu zou de pioniersinspanning van dit innovatieve team op het gebied van microzwaartekracht‑printen op een dag het leven van miljarden mensen kunnen verbeteren.

Leer nu over andere coole 3D‑printprojecten nu.