3D printers worden onmisbaar voor astronauten

3D printen is oud nieuws. Iedereen weet dat de printers bestaan en dat ze alles kunnen maken van abstracte kunstwerken tot machinegeweren. De voordelen van een 3D-printer in de ruimte spreken ook voor zich, zelfs als je nooit Star Trek hebt gekeken. Astronauten zouden gereedschap, reserve-onderdelen en uiteindelijk hele habitats gemaakt van maanrotsen kunnen printen. We zouden een stuk minder Russische raketten met reserves hoeven lanceren en er zou zich nooit meer een Apollo-13-achtig probleem hoeven voordoen.

In Californië is een startup genaamd Made in Space bezig om stap voor stap 3D-printen mogelijk te maken in de ruimte. Het bedrijf werd in 2010 gesticht door een team van ingenieurs en designers en is de afgelopen drie jaar bezig geweest met het ontwikkelen van een systeem dat kan printen in gewichtloze condities. Ze zijn nu nog één NASA-test verwijderd van hun doel: een raket met een van hun printers komt volgend jaar aan bij het ISS.

Op aarde, waar de zwaartekracht ervoor zorgt dat alles netjes op zijn plek blijft, werkt 3D printen redelijk goed. Gesmolten plastic wordt uit een spuitje geperst, koelt af en verhardt. Zo kan laagje voor laagje een driedimensionaal object gemaakt worden. Het hele proces wordt aangestuurd door een computer die een ontwerp afleest. Maar in de ruimte, waar er nauwelijks zwaartekracht is, wordt alles ineens een stuk ingewikkelder.

Thermische eigenschappen zijn anders in de ruimte: dingen heet en koud houden kost een stuk meer werk. Ook moeten dingen op hun plek gehouden worden. Alles zweeft maar een beetje rond in de ruimte, en 3D-printers hebben aardig wat bewegende onderdelen die hoogstwaarschijnlijk gaan ronddwalen. En dat kan natuurlijk niet. 3D-prints luisteren vaak op de millimeter nauwkeurig en dat soort afwijkingen kunnen een print verpesten.

Maar Made in Space heeft een manier gevonden om het toch te laten werken. In juni bewezen ze dit door hun printer mee te nemen op een paraboolvlucht die gewichtsloosheid nabootst.

Het team nam hun printer mee op één van NASA's "vomit comets," een uitgeholde 727 die speciaal gebouwd is om in parabolische bogen te vliegen om gewichtsloosheid te simuleren. En gedurende de vrije val printte de printer. Hij werkte daarnaast ook in dezelfde zwaartekracht als op de maan (1/6 van de aarde) en van Mars (1/3 van de aarde).

In een ander recent experiment toonde NASA al aan dat onderdelen van een raketmotor prima 3D geprint konden worden. De onderdelen werden getest door ze bloot te stellen aan extreme druk en temperaturen (3,316 graden Celsius). Ze werkten even goed als de onderdelen die op de slome, dure, traditionele manier gemaakt waren. Die kosten namelijk $10,000 en 6 maanden werk om te bouwen. De 3D-geprinte versies kostten minder dan $5,000 en maar 40 uur om te maken. Zo zag de laatste test er ongeveer uit:

"Bij NASA zien we heel goed de potentie in van 3D printen in de ruimte - of dat nou gaat om raketonderdelen, gereedschap of hele ruimteschepen," aldus Chris Singer, directeur van de productie-afdeling van Marshall Space Flight Center.

De Made in Space-printer, die pakweg even groot is als een schoenendoos, geeft astronauten wat onafhankelijkheid van de aarde. De ontwerpers zeggen dat de printer alles kan maken maken van reserve-onderdelen zoals afvoerbuizen, tot gereedschap om mogelijk fatale problemen te repareren.

De versie die volgend jaar naar het ISS vliegt, kan waarschijnlijk zo'n 30 procent van de onderdelen die een doorsnee astronaut nodig heeft uitprinten. Er is nog niets bekend of dit model ooit ook pizza's zal 3D-printen.