ESTEC test metalen onderdeel dat in ISS is 3D-geprint

Voor het eerst is een metalen onderdeel dat in het International Space Station (ISS) is geprint teruggestuurd naar de aarde. ESTEC gaat het onderdeel onderzoeken, met als doel een beter begrip te krijgen van de impact van microzwaartekracht op het printproces.

ESA verscheepte in januari 2024 een 3D-printer naar het ISS, die door ESA-astronaut Andreas Mogensen is geïnstalleerd in het ISS. Het gaat om een 3D-printer ontwikkeld door een team onder leiding van Airbus Defence en Space SAS. De printer weegt ongeveer 180 kg en is geschikt voor printen van objecten in metaal. Het maakt daarbij gebruik van een type roestvrij staal dat onder meer veel wordt gebruikt in medische implantaten en waterbehandeling door zijn hoge weerstand tegen corrosie.

Verhit met een laser

Voor het printproces voedt ESA een draad van roestvast staal in de printer. De printer verhit het materiaal vervolgens met behulp van een krachtige laser, die ongeveer een miljoen keer krachtiger is dan de gemiddelde laserpointer. Door deze laser smelt de draad, waarna het metaal vloeibaar wordt en aan de print wordt toegevoegd.

“De smeltpoel van het printproces is erg klein, in de orde van een millimeter breed, zodat de oppervlaktespanning van het vloeibare metaal het in gewichtloosheid veilig op zijn plaats houdt. Toch is het smeltpunt van roestvast staal ongeveer 1400 °C, dus de printer werkt binnen een volledig afgesloten doos, waardoor overtollige warmte of dampen de bemanning van het Ruimtestation niet bereiken. En voordat het printproces begint, moet de interne zuurstofatmosfeer van de printer naar de ruimte worden geventileerd en vervangen door stikstof – het hete roestvast staal zou oxideren als het aan de zuurstof werd blootgesteld”, legt metaalwetenschapper Advenit Makaya van ESA’s Directorate of Technology, Engineering and Quality uit.

Vanaf de aarde aangestuurd

ESA bestuurt en monitort de printer vanaf de aarde. “Metal 3D-printen vormt een grotere technische uitdaging, met veel hogere temperaturen en metaal dat met een laser wordt gesmolten. Hierbij moet de veiligheid van de bemanning en het Station zelf worden gewaarborgd – terwijl de onderhoudsmogelijkheden ook zeer beperkt zijn. Als het echter succesvol is, zouden de sterkte, geleidbaarheid en stijfheid van metaal het potentieel van 3D-printen in de ruimte naar nieuwe hoogten tillen”, lichtte technisch officier Rob Postema van ESA toe bij de lancering van de 3D-printer.

Voor het testen van de 3D-printer zijn vier vormen gekozen. De vier prints zijn allemaal kleiner dan een frisdrankblikje, wegen minder dan 250 gram per print en het printen duurt ongeveer twee tot vier weken. De geplande printtijd is beperkt tot vier uur per dag vanwege geluidsregelgeving op het Ruimtestation – de ventilatoren en motor van de printer zijn relatief luidruchtig.

Naar aarde verscheept

De eerste van deze vier prints is nu dus naar de aarde verscheept. ESTEC gaat het testobject in zijn Materials and Electrical Components testen en vergelijken met objecten die op aarde zijn geprint. Het wil zo de impact van microzwaartekracht op het printproces in kaart brengen. Het testobject is al in de zomer geproduceerd. Een tweede testobject gaat naar de Technical University of Denmark (DTU). Dit object is door ESA in december geprint.

Op termijn wil ESA met behulp van de kennis die tijdens het project wordt opgedaan een circulaire ruimte-economie creëren en materialen in de ruimte recycling om efficiënter te gebruik te maken van beschikbare middelen. Bijvoorbeeld door het recyclen van onderdelen van oude satellieten in nieuwe gereedschappen of structuren. Een 3D-printer kan hierbij een belangrijke rol spelen; astronauten kunnen hiermee op locatie deze gereedschappen en structuren printen.

‘Veelbelovend’

Tommaso Ghidini, hoofd van de Mechanische Afdeling bij ESA: “Metalen 3D-printen in de ruimte is een veelbelovende mogelijkheid om toekomstige verkenningstaken te ondersteunen, maar ook daarbuiten, om bij te dragen aan duurzamere ruimteactiviteiten door middel van in-situ-productie, reparatie en misschien zelfs recycling van ruimtestructuren, voor een breed scala aan toepassingen. Dit omvat de productie en assemblage van grote infrastructuur in een baan om de aarde, evenals langetermijnnederzettingen op planeten. Deze aspecten zijn belangrijke focuspunten in de komende technologische cross-cutting initiatieven van ESA.”

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto: LoganArt via Pixabay