Wie Barrelhand die Additive Fertigung für Raumfahrtanwendungen nutzt – Interview mit Karel Bachand

Barrelhand Inc. ist ein in Kalifornien ansässiges Technologieunternehmen, das die Weltraumforschung durch innovative Nutzung des 3D-Drucks vorantreibt. Das 2014 gegründete Unternehmen konzentrierte sich zunächst auf die Mikromechanik in der Uhrmacherei und nutzte diese Plattform, um fortschrittliche Technologien wie den 3D-Druck von Metallen zu erforschen. In einem Interview mit 3Druck.com beschreibt der Gründer Karel Bachand die bedeutende Rolle, die die Additive Fertigung bei der Erforschung des Weltraums spielen wird.

Aufmerksamkeit erregte das Unternehmen mit Project One, einer Uhr mit der weltweit ersten 3D-gedruckten Brücke eines Uhrwerks, welche die Präzision und Komplexität der Additiven Fertigung verdeutlichte.

Seitdem hat sich Barrelhands Schwerpunkt auf die Entwicklung von Lösungen für die Herausforderungen der Raumfahrt verlagert. Das nächste wichtige Produkt des Unternehmens, Monolith, ist eine mechanische Uhr mit Automatikaufzug, die speziell für die Anforderungen der NASA an die Aktivitäten von Astronauten innerhalb und außerhalb eines Raumschiffs konzipiert wurde. Sie wurde eigens so konstruiert, dass sie den rauen Umgebungsbedingungen, denen Astronauten im Weltraum ausgesetzt sind, standhält und gleichzeitig die psychologischen Herausforderungen bewältigt, denen Astronauten ausgesetzt sind, wie z. B. den „Überblickseffekt“, eine veränderte Wahrnehmung, die bei Weltraummissionen häufig auftritt.

Durch den Einsatz des Metall-3D-Drucks ist Barrelhand in der Lage, äußerst widerstandsfähige, komplexe Komponenten herzustellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer zu reproduzieren sind. Diese Fähigkeit ist für die Erforschung des Weltraums von entscheidender Bedeutung, da die Ausrüstung leicht, robust und für extreme Bedingungen geeignet sein muss. Auf dem Weg zur Errichtung permanenter Stützpunkte auf dem Mond und dem Mars stellen die Innovationen von Barrelhand, darunter der Monolith, eine neue Grenze bei der Entwicklung praktischer und psychologischer Hilfsmittel dar, die für langfristige Weltraummissionen erforderlich sind.

Mit seiner Arbeit veranschaulicht Barrelhand das transformative Potenzial des 3D-Drucks in der Weltraumforschung, indem es Technik und Kreativität miteinander verbindet, um den Anforderungen des Lebens außerhalb der Erde zu begegnen.

Interview mit Karel Bachand

In einem Interview mit 3Druck.com spricht Karel Bachand, Gründer, CEO und Chefingenieur von Barrelhand, über die entscheidende Rolle, die die Additive Fertigung in der Weltraumforschung spielen wird. Er hebt ihr Potenzial für die Gewinnung und Produktion von Rohstoffen direkt auf dem Mond hervor, wodurch Kosten und Umweltauswirkungen reduziert werden können. Er erläutert auch, wie die Additive Fertigung Reparaturen und den Austausch von Teilen im Weltraum erleichtern kann, was sie zu einer entscheidenden Technologie für Langzeitmissionen und permanente Weltraumsiedlungen macht. 

Wie beurteilen Sie die Rolle der Additiven Fertigung bei der Erforschung und Erschließung des Weltraums?

Die Fähigkeit im Weltraum additiv zu fertigen, wird für die Entwicklung über unseren Planeten hinaus entscheidend sein. Der Abbau, die Verarbeitung und der Transport von Materialien von der Erde in den Weltraum sind nicht nur schädlich für unsere Umwelt, sondern auch extrem ressourcenintensiv. Der derzeitige Marktpreis für den Transport von Material zur Internationalen Raumstation beträgt beispielsweise etwa 20.000 USD pro kg. Die Kosten pro kg für den Transport zum Mond liegen bei über 1,1 Millionen USD pro kg. Wenn wir permanente Basisstationen errichten wollen, müssen wir die Ressourcen vor Ort gewinnen und verarbeiten. Der Mond ist reich an natürlichen Ressourcen, und es gibt bereits Unternehmen, die Methoden entwickeln, um den Regolith (Mondstaub) als Betonmischung zu verwenden, um dann Strukturen und Basen zu drucken. Dies vereinfacht die Versorgungskette erheblich und erfordert eine einmalige Lieferung von Ausrüstungsgegenständen auf den Mond, was eine extrem schnelle Expansion und Entwicklung ermöglichen kann.

Ein weiteres Beispiel ist die Wartung und Reparatur. Bei Monolith zum Beispiel werden wir keine Servicezentren im Weltraum haben, und das Hin- und Herschicken von Teilen für Reparaturen ist auf Dauer nicht machbar. Anfang des Jahres wurde der erste 3D-Metalldrucker in die Internationale Raumstation integriert. Wenn die Technologie ausgereift ist und sich weiterentwickelt, können wir Teile für den Austausch direkt vor Ort digital senden und drucken.

Welche Bedeutung hat die Beteiligung von Barrelhand an Mondmissionen, und wie beeinflusst dies die Produktinnovation?

Das Projekt Memory Disc dient als lunare Zeitkapsel, die das kulturelle Erbe der Menschheit für künftige Generationen und potenziell außerirdisches Leben bewahrt.Diese gemeinnützige Initiative befindet sich seit 2021 in der Entwicklung und verwendet eine neue Nanogravurtechnologie namens NanoFiche, um Kunst und Sprachen in eine Nickelplatte zu ätzen. Die Platte wird dann in C-Ebenen-Laborsaphir versiegelt, um den Inhalt wie High-Tech-Hieroglyphen für Millionen von Jahren zu bewahren.

Wir haben vor kurzem eine neue Mondmission mit Astrobotics bestätigt, die frühestens im Herbst 2025 eine Memory Disc als Teil der Nutzlast der Landefähre Griffin 1 auf der Mondoberfläche landen wird. Dies wird unsere dritte Memory Disc auf dem Mond sein, nach der erfolgreichen Landung von Intuitive Machines im Februar und einem offiziellen UNESCO-Kooperationsprojekt, das noch in diesem Jahr geplant ist. Die neueste Memory Disc wird Folgendes beinhalten:

– 275 Übersetzungen der offiziellen UNESCO-Präambel zum Schutz der vom Aussterben bedrohten Sprachen

– 100 bis 120 berühmte Kunstwerke aus allen Kunstepochen und Kontinenten, darunter Werke von Leonardo da Vinci, Goya, Vincent van Gogh und Katsushika Hokusai

– französische Originalausgabe des Kinderbuchs „Le Petit Prince“ von Antoine de Saint-Exupéry

– Barrelhands Version der originalen Goldenen Schallplatte der Voyager I

Die Memory Disc wird auch in Weltraumwerkzeuge wie Monolith integriert, die die psychische Gesundheit von Astronauten, die im Weltraum leben und arbeiten, unterstützen sollen. Längere Missionen im Weltraum können zu einem Phänomen führen, das als Lost-Earth-Syndrom bekannt ist und Gefühle der Isolation und Abkopplung von der Erde hervorrufen kann. Die Memory Disc trägt dazu bei, diese Auswirkungen zu mildern, indem sie den Astronauten hilft, sich als Teil einer größeren menschlichen Geschichte zu fühlen und eine Verbindung zum kulturellen Reichtum unseres Heimatplaneten in der sterilen Umgebung des Weltraums herzustellen.

Die Additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt. Welche spezifischen Innovationen oder technologischen Durchbrüche sind Ihrer Meinung nach für den Erfolg Ihrer Projekte und Mission am wichtigsten?

So viele! Ich erinnere mich, dass wir in der High School (~2010) einen FDM-Drucker auf dem neuesten Stand der Technik hatten, der Kunststoffe mit einer Dicke von etwa 0,3 mm druckte. Was in den letzten zehn Jahren besonders aufregend war, sind die großen Sprünge bei der Materialauswahl und der Präzision. Mit dem Projekt Monolith sind wir jetzt in der Lage, Titan und neuartige Legierungen für die Luft- und Raumfahrt wie Scalmalloy mit einer Auflösung von < 0,02 mm zu drucken. Was mich persönlich begeistert, ist die Tatsache, dass die Auswahl an Materialien und die Präzision immer weiter zunehmen, so dass man Teile nicht mehr nachbearbeiten muss und unglaubliche Toleranzen über das gesamte Teil einhalten kann. Die Vorstellung, dass man einfach seine CAD-Datei hochlädt und eine Maschine sie in fast jedem Material nach den genauen Spezifikationen druckt, ist unglaublich und wird die Fertigung revolutionieren.

Auch die Zugänglichkeit zu Druckern ist eine enorme Innovation für sich. Der Drucker, den wir in der High School hatten, kostete mehr als 100.000 USD, und jetzt kann jeder Student einen auf seinem Schreibtisch haben, für weniger als die Kosten einiger Papierdrucker! Diese Verfügbarkeit ermöglichte es mir als College-Student, Dutzende von Prototypen für Project One für nur ein paar hundert Dollar im 3D-Druckverfahren herzustellen. Die Mikrobearbeitung von Einzelteilen mit herkömmlichen CNC- Maschinen wäre unglaublich kostspielig gewesen.

Was spezifische Innovationen angeht, so habe ich mich sehr für die Additive Fertigung im Mikrobereich mit Halbleiterverfahren interessiert. Mit diesem Verfahren lassen sich monolithische Baugruppen aus Keramik und Metallen mit einer Auflösung von etwa 2 Mikrometern drucken! Dies eröffnet enorme Möglichkeiten für das Drucken ganzer mikromechanischer Motoren/Zeitgeber oder redundanter analoger Systeme für die Weltraumforschung.

Welche langfristigen Auswirkungen wird die Additive Fertigung Ihrer Meinung nach in den kommenden Jahren auf die Weltraumforschung und die Gesellschaft im Allgemeinen haben?

Die Additive Fertigung ist für unsere Zivilisation revolutionär. Sie ist der Durchbruch, der es uns ermöglichen wird, ständige Basisstationen jenseits unseres Heimatplaneten zu errichten und vollständig dezentralisierte Lieferketten auf dem Mond und dem Mars aufzubauen. Ich denke, die größte Auswirkung wird die nächste Generation von Designern, Ingenieuren und Träumern haben, die in der Lage sein werden, alles, was sie wollen, im Alleingang zum Leben zu erwecken. Der Zugang zu Maschinen und großen F&E-Budgets ist nicht länger ein limitierender Faktor. Mit einem Laptop und einem 100-Dollar-Drucker kann jetzt jeder, der eine Idee hat, lernen, wie man die komplexesten Geometrien dreidimensional modelliert und das Design bequem von seinem eigenen Zimmer aus druckt und bearbeitet.

Hier finden Sie weitere Informationen zu Barrelhand.