För första gången i historien ska det 3D-printas i metall i rymden. En banbrytande europeisk 3D-skrivare började i slutet av januari sin färd till den internationella rymdstationen ISS.
– Denna nya 3D-skrivare som skriver ut metalldelar representerar en världsnyhet i en tid av växande intresse för tillverkning i rymden, säger ESA:s tekniska chef Rob Postema i ett pressuttalande.
Polymerbaserade 3D-skrivare har redan använts ombord på ISS, men nu blir det alltså första gången som det printas i metall. Det betyder en större teknisk utmaning enligt The European Space Agency (ESA) eftersom metall som smälts med laser innebär mycket höga temperaturer.
– Med detta måste säkerheten för besättningen och själva stationen säkerställas – samtidigt som underhållsmöjligheterna också är mycket begränsade. Men om det lyckas, skulle styrkan och konduktiviteten hos metall ta potentialen för 3D-utskrift i rymden till nya höjder, säger Rob Postema.
I en förseglad låda
Väl framme vid den internationella rymdstationen kommer ESA-astronauten Andreas Mogensen att förbereda och installera den cirka 180 kilo tunga metall-3D-skrivaren i European Draw Rack Mark II i ESA:s Columbus-modul. Efter installationen kommer skrivaren att styras och övervakas från jorden, så utskriften kan ske utan tillsyn av astronauten.
3D-skrivaren har utvecklats av metallskrivartillverkaren AddUp och Airbus Defence and Space SAS som också samfinansierar projektet. Den kommer att skriva ut med en typ av rostfritt stål som vanligtvis används i medicinska implantat på grund av dess goda motståndskraft mot korrosion.
Materialingenjör Advenit Makaya från ESA’s Directorate of Technology, Engineering and Quality förklarar hur processen går till:
– Smältbadet i printprocessen är mycket liten, i storleksordningen en millimeter tvärs över, så att den flytande metallens ytspänning håller den säkert på plats i viktlöshet. Trots detta är smältpunkten för rostfritt stål cirka 1400 °C så skrivaren arbetar i en helt förseglad låda, vilket förhindrar överskottsvärme eller ångor från att nå rymdstationens besättning. Och innan utskriftsprocessen börjar måste skrivarens interna syreatmosfär ventileras ut i rymden, ersättas av kväve – det varma rostfria stålet skulle oxidera om det exponerades för syret.
Del av en cirkulär rymdekonomi
För att testa 3D-skrivaren har fyra former valts ut och dessa kommer att jämföras med delar som printats på jorden för att förstå skillnaderna i utskriftskvalitet och prestanda i rymden. Bland andra är Danmarks Tekniske Universitet (DTU) involverade i den analysen.
De fyra utskrifterna är alla mindre än en läskburk i storlek, väger mindre än 250 gram och tar cirka två till fyra veckor att skriva ut. Den schemalagda utskriftstiden är begränsad till fyra timmar per dag, på grund av bullerreglerna på rymdstationen eftersom skrivarens fläktar och motor låter relativt mycket. Planen är att börja tillverkningen i slutet av februari eller början av mars 2024.
Satsningen på 3D-printing är en del av det mål som ESA satt upp om en cirkulär rymdekonomi med återvunna material. Till exempel genom att återanvända bitar från gamla satelliter för att tillverka nya verktyg eller andra nödvändiga delar och för att inte behöva skicka upp dessa från jorden, en process som kan ta upp till ett år.
Förhoppningen är att samarbetet mellan ESA och Airbus ska leda till ytterligare innovation inom rymdforskningen och bana väg för mer 3D-printade komplexa metalliska strukturer i rymden, till exempel på månen eller Mars.
