Das Incus-Projekt ist vielversprechend für den 3D-Druck von Metallteilen auf dem Mond

Das österreichische Ingenieurbüro und OEM Incus hat sein gemeinsames 18-monatiges Projekt abgeschlossen, das die Möglichkeiten des 3D-Drucks und des Zero-Waste-Workflows in der Mondumgebung untersucht.

Dieses Projekt war eine Teamarbeit zwischen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der OHB System AG und Lithoz. Ziel war es, mit Unterstützung der ESA und koordiniert von der OHB System AG zu untersuchen, ob es möglich ist, auf dem Mond gefundene Metallreste (z. B. Trümmer früherer Weltraummissionen oder alter Satelliten) zur Herstellung hochwertiger 3D-gedruckter Teile zu verwenden Methode der lithographiebasierten Metallherstellung (LMM). Dies würde dazu beitragen, die menschliche Besiedlung des Mondes zu verbessern. Das Projekt berücksichtigte auch die Möglichkeit einer Kontamination durch den Mondboden durch die Verwendung eines Ersatzmaterials (Mondregolith), das die Zusammensetzung des Mondbodens nachahmt.

Das Projekt zielt auf einen 3D-Druck-Lebensraum auf der Mondbasis ab, der dem der Erde ähnelt und eine geringere Schwerkraft und Strahlenschutz bietet. Die gewünschten Modifikationen für den 3D-Drucker bestanden vor allem darin, dessen Größe und Gewicht auf ein Minimum zu reduzieren. „Angesichts der Herausforderung, Menschen zurück zum Mond zu bringen und eine Basis aufzubauen, gewinnt das Thema In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) erheblich an Bedeutung. Projekte wie dieses, die kürzlich von Incus und Projektpartnern abgeschlossen wurden, zeigen, dass Fertigungsmethoden wie LMM sehr gute Kandidaten für die Unterstützung eines solchen Vorhabens sind“, sagte Dr. Martina Meisnar, Material- und Prozessingenieurin bei der ESA.

Nachhaltiger 3D-Druck auf dem Mond

Die Nutzung der Mondressourcen und das Recycling von Altmetallen sind für eine nachhaltige Mondbasis von entscheidender Bedeutung. Um dies zu erreichen, wurde die LMM-Methode gewählt, da sie einen 3D-Druck mit recycelten Metallabfällen ermöglicht und gleichzeitig Sicherheit und Einfachheit beim Drucken und Nachbearbeiten gewährleistet. Die additive Fertigung auf dem Mond steht vor Herausforderungen durch die raue Mondumgebung, einschließlich Atmosphäre, Schwerkraft, Temperatur, Strahlung und potenzieller Kontamination. Die 3D-Drucklösung von Incus, Hammer Lab35, konnte jedoch erfolgreich hochwertige 3D-Teile unter Verwendung von recyceltem Titanpulver drucken, deren Festigkeit mit Metallspritzgussteilen aus Titan vergleichbar ist (1000–1050 MPa).

Durch diesen Ansatz wurde ein nachhaltiger Arbeitsablauf ohne Verschwendung gefördert, so das Unternehmen. Darüber hinaus lag der Schwerpunkt des Projekts auf der Entwicklung eines umweltfreundlichen Bindemittels und der Verbesserung der Vor- und Nachbearbeitungsmethoden für den 3D-Druck sowie dem Testen verschiedener Prototypen, die für zukünftige Mondanwendungen geeignet sind. Die Ergebnisse dieses Projekts sind von erheblicher Bedeutung für die Errichtung nachhaltiger Mondbasen und die Weiterentwicklung der Weltraumforschung.

„Dieses Projekt hat bewiesen, dass die LMM-Technologie in der Lage ist, recyceltes Pulver als Ausgangsmaterial zu verwenden und einen nachhaltigen Arbeitsablauf ohne Abfall zu ermöglichen“, sagte Dr. Gerald Mitteramskogler, CEO von Incus. „Wir gehen davon aus, dass weitere Entwicklungen in der Metallrecyclingtechnologie den Weg für Metallmaterialien mit stabileren Sinterprozessen für die Mondumgebung ebnen werden.“

Die additive Fertigung geht über die Erde hinaus

Das in Texas ansässige 3D-Druckunternehmen ICON für den Bausektor erhielt von der NASA einen Auftrag über 57,2 Millionen US-Dollar für die Entwicklung eines Off-World-Konstruktionssystems. Dieser Vertrag war Teil der Phase III des Small Business Innovation Research (SBIR)-Programms der NASA und ermöglichte es ICON, auf seiner früheren Arbeit im Rahmen des Projekts Olympus aufzubauen. ICON gibt an, fast 60 Millionen US-Dollar erhalten zu haben, um seine Fortschritte bei der Mission zu unterstützen. Im Rahmen des Projekts arbeitete ICON mit den Architekturbüros BIG und SEArch+ zusammen, um eine neue Maschine zu entwickeln, mit der dauerhafte Mondstrukturen mithilfe von Mondregolith in 3D gedruckt werden können.

Zuvor wurde ein 3D-druckbarer, wiederverwendbarer Start- und Landeplatz für Mondmissionen von einem Team von Studenten aus zehn US-amerikanischen Colleges und Universitäten entwickelt, die alle Mitglieder der Artemis-Generation der NASA sind. Das als Lunar Plume Alleviation Device (Lunar PAD) bezeichnete Konzept beinhaltete die Lösung eines seit langem bestehenden Problems, das bei Landungsbränden auftritt. Diese Verbrennungen führten oft dazu, dass die Abgase des Motors losen Mondstaub aufwirbelten, was zu Turbulenzen führte. Um diese Herausforderung zu bewältigen, entwickelte das Team eine neuartige Innengeometrie für das Lunar PAD, die an ein Mandala erinnert, um Mondstaub in einen kontrollierten und laminaren Fluss umzuleiten. Dieses Design zielte darauf ab, die Intensität von Staubstürmen zu minimieren, die typischerweise durch Mondlandungen ausgelöst werden. Insbesondere wurde das Lunar PAD speziell für den 3D-Druck unter Verwendung des verfügbaren Mondregoliths entwickelt.

Wie sieht die Zukunft des 3D-Drucks in den nächsten zehn Jahren aus?

Welche technischen Herausforderungen müssen im kommenden Jahrzehnt im Bereich der additiven Fertigung bewältigt werden?

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Das abgebildete Bild zeigt 3D-gedruckte Teile von ESA. Bild über Incus.

Mit einem Hintergrund im Journalismus hat Ada ein großes Interesse an Grenztechnologien und deren Anwendung in der ganzen Welt. Ada berichtet über Aspekte des 3D-Drucks, die von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zu Medizin und Zahnmedizin reichen.