3D-printmaterialen voor ruimtevaart?

De materiaalwetenschap ontwikkelt zich in de wereld van additive manufacturing in een ongelooflijk tempo, grotendeels als reactie op het lopende onderzoek naar de mogelijke toepassingen ervan en de toenemende acceptatie ervan in een groot aantal industrieën. Eerder deze week interviewden we dr. Bastian Rapp van NeptunLab, die uitvoerig sprak over de ontwikkeling van hun eigen 3D-printmaterialen in zijn laboratorium om aan de eisen van hun onderzoekers te voldoen. Evenzo, toen we spraken met Dr. Richard Buswell van de Universiteit van Loughborough, hoorden we hoeveel van het onderzoek naar 3D-printen voor de bouw was gericht op het ontwikkelen van een 3D-printbaar betonmateriaal. Beide voorbeelden markeren een subtiele maar krachtige verschuiving in de manier waarop we het hebben over 3D-printen in de moderne industrie.

In plaats van te proberen bestaande technologieën en materialen te forceren in toepassingen waarvoor ze niet per se geschikt zijn, of niet kunnen concurreren met gevestigde benaderingen, zoeken steeds meer onderzoekers en professionals uit de industrie naar gebieden waar AM het potentieel heeft om de leemten op te vullen in traditionele processen, waardoor fabrikanten resultaten kunnen behalen die voorheen moeilijk of onmogelijk waren. Dit heeft op zijn beurt geleid tot ontwikkelingen in materialen en technologie die zullen helpen deze concepten om te zetten in werkbare realiteiten.

Een goed voorbeeld hiervan zagen we eerder in juli, toen Made In Space de lancering aankondigde van hun nieuwe plastic 3D-printmateriaal, speciaal ontworpen voor gebruik in het vacuüm van de ruimte. Het internationale ruimtestation maakt sinds 2015 gebruik van een SLA-printer aan boord, die indien nodig gereedschappen produceert, waardoor de transportkosten van de aarde worden geëlimineerd en de bemanning de beschikbare ruimte kan maximaliseren (een benadering die ook wordt gebruikt in de automobiel- en ruimtevaartsector). De beperking hier is dat bestaande 3D-printmaterialen (ABS en PE in dit geval) niet in de ruimte kunnen functioneren, wat betekent dat alle geproduceerde gereedschappen alleen in het ruimtestation kunnen worden gebruikt en dat voor reparaties aan de buitenkant nog steeds gereedschap nodig is en vervangende onderdelen die naar boven moeten worden vervoerd.

Made In Space heeft dit probleem opgelost door een nieuw 3D-printbaar plastic te ontwikkelen, genaamd polyetherimide/polycarbonaat (PEI/PC). Dit nieuwe materiaal belooft niet alleen sterker te zijn dan de bestaande materialen op het ISS, maar ook bestand tegen UV en atomaire zuurstof. Op deze manier kunnen specialistische gereedschappen en vervangende onderdelen voor de buitenkant van het ISS worden geprint wanneer ze nodig zijn.

De directe voordelen voor de bemanning van het ISS zijn duidelijk, maar er zijn al plannen om dit succes uit te breiden. Made In Space streeft ernaar het ISS tegen 2018 te voorzien van een werkende versie van hun Archinaut - hun eigen model van 3D-printer die daadwerkelijk in het vacuüm buiten het ruimtestation zal werken. Dit opent de deur naar het daadwerkelijk printen van kleine satellieten in de ruimte. Voor onderzoeksinstellingen en universiteiten heeft dit enorme implicaties, omdat het idee om hun eigen satellieten op een betaalbare manier in te zetten een reële mogelijkheid wordt.

Wanneer men dit in parallel met het werk dat plaatsvindt bij het M.A.R.S (Modular Analog Research Station)-project, beschouwt, is het duidelijk dat additieve fabricage zeker een sleutelrol zal spelen in toekomstige ruimteverkenningen. Maar hoewel dit zeker opwindende ontwikkelingen zijn voor de toekomst van de mensheid tussen de sterren, mogen we niet uit het oog verliezen wat ze betekenen voor de industrie op aarde.

Naarmate we zien dat er steeds meer nieuwe materialen en technologieën worden ontwikkeld om branchespecifieke uitdagingen aan te gaan, zal additive manufacturing als geheel zijn eigen niches gaan vestigen, die verschillen van traditionele productiebenaderingen. Dit zal helpen het aanhoudende imago van AM als concurrent voor traditionele productie te verdrijven, en meer bedrijven aanmoedigen om intelligente, geïntegreerde workflows te verkennen, waar verschillende technologieën elkaar aanvullen en versterken.

Bovendien zullen fabrikanten, zodra nieuwe 3D-printmaterialen en -technologieën hun capaciteiten hebben bewezen in succesvolle, spraakmakende projecten, vrij zijn om te experimenteren met andere toepassingen voor hen. We zijn bijvoorbeeld al enthousiast om te zien hoe PEI/PC kan worden gebruikt in andere uitdagende omgevingen op aarde.

Deze verschuiving in de toon van het gesprek is een goed voorteken voor de zich ontwikkelende reputatie van additive manufacturing als een robuuste, veelzijdige technologie en zal in de nabije toekomst zeker leiden tot meer innovaties op het gebied van technologie, materialen en processen.