Schülerteam nutzt Mikro-Metall-3D-Druck für Mikrogravitations-Experiment

Schülerinnen und Schüler nutzen Mikro-3D-Druck-Technologie für Experimente im Zusammenhang mit der Internationalen Raumstation.

Hierfür wandte sich die Valley Christian Schools an Qualified3D, um Teile mittels Mikro-Stereolithographie drucken zu lassen. Die vom Team aus San Jose, Kalifornien, entworfenen Gitter hatten Streben mit einem Durchmesser von nur 0,5 mm, und Mikro-SLA schien das einzige Verfahren zu sein, das Teile mit ausreichender Genauigkeit herstellen konnte.

Teile aus Photopolymerharz waren zwar maßgenau, aber aufgrund ihrer mangelnden Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen, niedrigen Temperaturen und Hitze nicht ideal für die Anforderungen der Raumfahrt geeignet. Metall bot bessere Eigenschaften für das ISS-Experiment, aber leider ließ sich das Gitterdesign nicht mit herkömmlichen 3D-Drucktechnologien für das Schmelzen von Metall im Pulverbett oder mit Bindemitteln drucken.

Hier kommt die lithografiebasierte Metallherstellung (Lithography-based Metal Manufacturing, kurz LMM) ins Spiel, ein neues 3D-Druckverfahren, das auf dem Prinzip der Photopolymerisation beruht, bei dem ein Metallpulver in einem lichtempfindlichen Harz dispergiert und mit einem DLP-Projektor selektiv polymerisiert wird. Mit dieser Technologie können Teile mit extrem dünnen Wänden (125µm) und glatten Oberflächen (2-5µm Oberflächenrauhigkeit vor dem Polieren) aus einer Vielzahl von Metallen wie Edelstahl und Titan hergestellt werden.

Das in Deutschland ansässige Start-up-Unternehmen Metshape GmbH ist weltweit für seine Kompetenz im 3D-Druck und Sintern von LMM-Mikroteilen bekannt. Es bietet seine Dienstleistungen über Qualified3D auch an US-Kunden an.

“Einige unserer Schüler entdeckten, dass das Miniatur-Gitterdesign mit der LMM-Technologie gedruckt werden kann, und wandten sich proaktiv an sie”, sagt Emeka Okekeocha, ISS-Programmmanager an den Valley Christian Schools in San Jose. “Nach einer technischen Prüfung akzeptierten wir den vorgeschlagenen Wechsel von Acrylatharz zu Edelstahl”.

Die Schüler des ISS-Forschungslabors haben ihre Teile innerhalb weniger Wochen erhalten und freuen sich nun darauf, sie für ihr Experiment in der Schwerelosigkeit zu verwenden. Das Experimentpaket soll Mitte Februar 2023 zur ISS gebracht werden und im März 2023 erste Daten liefern.

David Kou, ein Mitglied des Teams der 11. Klasse der Valley Christian Schools, sagt: “Wir sind Qualified3D sehr dankbar dafür, dass sie immer schnell auf unsere Wünsche und Fragen reagiert haben. Selbst bei den vielen von uns gewünschten Änderungen wurden die Teile pünktlich geliefert, was uns einen reibungslosen Übergang von der Planung zum Bau unseres Mikrogravitationsexperiments ermöglichte.”

Auf breiterer Ebene dürfte die kontrollierte Kapillarität in 3D-gedruckten Metallgittern neue technische Möglichkeiten für künftige Anwendungen im Weltraum eröffnen, z. B. Gasfiltration, Sammlung von Aerosolproben und Temperaturmanagement. Eine weitere Anwendung besteht darin, passiv zu kontrollieren, wo sich das Wasser in einem Behälter befindet, da es ohne diese Technologie schwierig wäre, die Lage des Wassers in der Schwerelosigkeit vorherzusagen, was für das Pflanzenwachstum von Bedeutung ist.

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