Seitdem der Composer 450 im Februar 2017 Teil der Laborausrüstung des Europäischen Astronautenzentrums wurde, ist er maßgeblich an deren Prototyping-Prozessen beteiligt. ESA-Forscher haben den Extruder erfolgreich zur Entwicklung maßgeschneiderter Mengen von PLA-basierten Filamenten für Forschungs- und Entwicklungsiterationen eingesetzt. Die 3devo-Einrichtung ermöglicht es dem Spacehip EAC, 3D-Druckfilamente im eigenen Haus herzustellen. Außerdem wird die Abhängigkeit von Spaceship EAC von der Fachkenntnis und der Verfügbarkeit von Drittlieferanten von Filamenten reduziert.
Wie geht es jetzt weiter? Wir werden grün (in den Weltraum)
Mit dem gut ausgestatteten 3devo-Setup der ESA haben sie die Fähigkeiten der Maschine voll ausgeschöpft - und damit zu ihrer neuesten Entdeckung geführt. Für lange Missionen im Weltraum brauchen die Astronauten eigenständige Werkzeuge, um Teile und Strukturen herstellen zu können. Ein additives Fertigungsverfahren wie FDM ist dank seiner Flexibilität und der effizienten Materialnutzung ideal für diese Anwendung. Scheint ideal zu sein, nicht wahr? Leider gibt es einen Haken. FDM erfordert große Mengen an Kunststoff, um 3D-Teile herzustellen - was die Agentur Zeit und Geld kostet, da die Materialien von der Erde geschickt werden müssen.
Auf Initiative des ESA-Raumschiffs EAC wurde der angehende Werkstoffingenieur Benoît Andre damit beauftragt, ein neues Material zu finden, das die Kosten senken und die Menge der ins All geschickten Kunststoffe minimieren würde. Die Antwort, die er enthüllte, war die Nutzung der Ressourcen des Mondes. Benoît begann eine Weltpremiere mit der Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus einer PLA/Mond-Pulvermischung für den FDM-Druck.
"In der Praxis verwendete ich den 3devo-Filament-Maker zur Herstellung eines bedruckbaren Filaments, wobei ich nur PLA-Pellets und Regolith-Simulanzien (EAC-1) als Ausgangsmaterial verwendete. EAC-1 ist ein sandartiges Mineralpulver, das vom Raumschiff EAC entwickelt wurde, um die Eigenschaften des lunaren Regoliths nachzuahmen. Der Filament-Maker wurde verwendet, um die Ausgangsmaterialien zu mischen, die PLA-Pellets zu schmelzen und schließlich das Verbundfilament zu extrudieren, alles in einem einzigen kontinuierlichen Schritt. Durch Optimierung der Parameter war ich in der Lage, homogene Filamente mit verschiedenen Regolithkonzentrationen herzustellen. Mehrere Teile wurden erfolgreich mit diesem Filament und einem leicht modifizierten kommerziellen FDM-Drucker (Prusa Mk3s) 3D-gedruckt", erklärt Benoît Andre, Auszubildender zum Werkstoffingenieur, EAC - Europäische Weltraumorganisation
Von der Theorie zur Realität
Benoîts Ziel war es, eine Lösung zur Reduzierung des Plastikverbrauchs auf dem Mond zu finden. Dieses Ziel führte ihn dazu, ein Verbundmaterial aus PLA und Mondpulver, den Regolithen, zur Herstellung von 3D-Druckfäden zu entwickeln. Dieses neue Material wird das Volumen des Kunststoffs in einem 3D-Druckobjekt verringern und gleichzeitig die für widerstandsfähige Teile erforderlichen mechanischen Eigenschaften beibehalten. Nun muss die ESA mit diesem neuen Material keine Kompromisse mehr eingehen zwischen einem einfachen Herstellungsprozess mit hoher Druckfähigkeit und guten mechanischen Eigenschaften.
"Die Echtzeitdaten, die vom Filamenthersteller zur Verfügung gestellt wurden (z.B. Temperaturen, Geschwindigkeiten, Durchmesser), wurden während der gesamten Studie verwendet, um den Herstellungsprozess zu verstehen und zu verbessern. Sowohl das Filament als auch die gedruckten Musterteile wurden durch eine Reihe von Labortests analysiert", sagt Benoît Andre, Auszubildender zum Werkstoffingenieur, EAC - Europäische Weltraumorganisation.
Diese Studie ermöglichte es Benoît, die Machbarkeit des FDM-Drucks mit einem PLA/Regolith-Verbundstoff aufzuzeigen und die Prinzipien, Vor- und Nachteile dieses Verfahrens besser zu verstehen. Indem der Prozess und der Filamenthersteller an seine Grenzen gebracht werden, wird das Endziel die Herstellung hochkonzentrierter Filamente im Raum und den erfolgreichen 3D-Druck verschiedener Teile ermöglichen.
