Erste 3D-Bauteile aus Metall im Weltraum gedruckt: Wie das in der Schwerelosigkeit funktioniert
Erstes im All 3D-gedrucktes Metallteil. (Foto: Esa/Jeanette Epps)
Anfang 2024 landete der von Esa, Airbus und Forscher:innen an der britischen Cranfield University entwickelte 180 Kilogramm schwere Metall-3D-Drucker auf der ISS. Nach der Installation durch den dänischen Weltraumfahrer Andreas Mogensen im Mai ist jetzt das erste jemals im Weltraum gedruckte Metallteil fertig.
Metallteile im All herstellen
Dafür, dass die Esa dies als großen Meilenstein für künftige Weltraummissionen feiert, gibt es mehrere Gründe. Zum einen können Astronaut:innen bei künftigen längeren Reisen durchs All, etwa zu Mond oder Mars, mit Hilfe des 3D-Druckers benötigte Ersatzteile selbst herstellen.
Dafür müsste künftig – neben dem Drucker – lediglich Metallpulver mitgenommen werden. Auf der anderen Seite stellt die Schwerelosigkeit eine große Herausforderung für den 3D-Druck von Metallteilen dar. Kunststoff-3D-Drucker waren auf der ISS dagegen schon erfolgreich im Einsatz.
3D-Drucker darf nur 4 Stunden täglich arbeiten
Ein Detail am Rande: Der Druck eines der Test-Metallteile, die weniger als 250 Gramm wiegen und kleiner als eine Coladose sind, dauert zwischen zwei und vier Wochen. Wie die Esa im Vorfeld mitteilte, darf der 3D-Drucker auf der ISS täglich nur vier Stunden arbeiten – weil Lüftung und Motor des Geräts so laut sind.
Der 3D-Drucker verfügt über ein sehr kleines Schmelzbad mit nur einem Millimeter Durchmesser. Das soll dafür sorgen, dass die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls es in der Schwerelosigkeit sicher an Ort und Stelle hält.
Das aus einer Düse strömende Metallpulver muss dazu punktgenau gesteuert werden. Auch der Laserstrahl ist so konstruiert, dass das verflüssigte Pulver nicht durch mechanische Kräfte weggeblasen wird.
Sauerstoff durch Stickstoff ersetzen
Weil das Metall auf bis zu 1.400 Grad Celsius erhitzt wird, muss der Drucker in einer vollständig abgedichteten Box betrieben werden. So soll dafür gesorgt werden, dass Hitze und Dämpfe die ISS-Besatzung nicht erreichen. Zudem wird vor dem Druckvorgang der Sauerstoff im Inneren des 3D-Druckers durch Stickstoff ersetzt, damit das heiße Metall nicht oxidiert.
Insgesamt sollen in den kommenden Wochen vier Testbauteile an Bord der ISS gedruckt werden. Diese sollen dann auf der Erde genauestens unter die Lupe genommen werden, um festzustellen, ob der 3D-Druck den Qualitätsvorgaben auf der Erde entspricht. Erst danach könnte der 3D-Druck von Metallteilen bei künftigen Weltraummissionen zum Einsatz kommen.
