Ciencia y exploración
31/01/2024 73 vistas 1 me gusta
La impresión 3D de metal pronto se realizará por primera vez en órbita. Una impresora 3D de metal pionera de fabricación europea está de camino a la Estación Espacial Internacional en la misión de reabastecimiento Cygnus NG-20 que se lanzó ayer.
“Esta nueva impresora 3D que imprime piezas metálicas representa una primicia mundial, en un momento de creciente interés en la fabricación en el espacio”, explica el responsable técnico de la ESA, Rob Postema. “Ya se han lanzado y utilizado a bordo de la ISS impresoras 3D basadas en polímeros, utilizando material plástico que se calienta en el cabezal de la impresora y luego se deposita para construir el objeto deseado, una capa a la vez.
“La impresión 3D de metal representa un desafío técnico mayor, ya que implica temperaturas mucho más altas y la fusión del metal mediante un láser. De este modo se debe garantizar la seguridad de la tripulación y de la propia estación, aunque las posibilidades de mantenimiento también son muy limitadas. Sin embargo, si tiene éxito, la resistencia, conductividad y rigidez del metal llevarían el potencial de la impresión 3D en el espacio a nuevas alturas”.
Impresión en el espacio
Impresora 3D de metal en funcionamiento en la Tierra.
Una vez que llegue a la Estación Espacial Internacional, el astronauta de la ESA Andreas Mogensen preparará e instalará la impresora 3D metálica de aproximadamente 180 kg en el European Draw Rack Mark II del módulo Columbus de la ESA. Después de la instalación, la impresora será controlada y monitoreada desde la Tierra, por lo que la impresión podrá realizarse sin la supervisión de Andreas.
El demostrador de tecnología de la impresora 3D de metal ha sido desarrollado por un equipo industrial liderado por Airbus Defensa y Espacio SAS, que también cofinancia el proyecto, bajo contrato con la Dirección de Exploración Humana y Robótica de la ESA.
“Esta demostración en órbita es el resultado de una estrecha colaboración entre la ESA y el pequeño y dinámico equipo de ingenieros de Airbus”, comenta Patrick Crescent, director de proyectos de Airbus. “Pero esto no es sólo un paso hacia el futuro; es un salto para la innovación en la exploración espacial. Allana el camino para la fabricación de estructuras metálicas más complejas en el espacio. Se trata de un activo clave para asegurar la exploración de la Luna y Marte”.
La impresora imprimirá utilizando un tipo de acero inoxidable comúnmente utilizado en implantes médicos y tratamiento de agua debido a su buena resistencia a la corrosión.
El alambre de acero inoxidable se introduce en el área de impresión, que se calienta mediante un láser de alta potencia, aproximadamente un millón de veces más potente que un puntero láser promedio. A medida que el cable se sumerge en el baño de fusión, el extremo del cable se derrite y luego se agrega metal a la impresión.
El ingeniero de materiales de la ESA, Advenit Makaya, de la Dirección de Tecnología, Ingeniería y Calidad de la ESA, brindó soporte técnico al proyecto: “El baño de fusión del proceso de impresión es muy pequeño, del orden de un milímetro de ancho, por lo que la tensión superficial del metal líquido lo mantiene firmemente en su lugar en condiciones de ingravidez. Aun así, el punto de fusión del acero inoxidable es de unos 1400 °C, por lo que la impresora funciona dentro de una caja completamente sellada, evitando que el exceso de calor o humos llegue a la tripulación de la Estación Espacial. Y antes de que comience el proceso de impresión, la atmósfera de oxígeno interna de la impresora debe ser ventilada al espacio y reemplazada por nitrógeno; el acero inoxidable caliente se oxidaría si quedara expuesto al oxígeno”.
Formas y tamaños
Impresión de prueba de impresora 3D de metal
Se han elegido cuatro formas interesantes para probar el rendimiento de la impresora 3D Metal. Estos primeros objetos se compararán con las mismas formas impresas en el suelo, llamadas impresiones de referencia, para ver cómo el entorno espacial afecta el proceso de impresión. Las cuatro impresiones son todas más pequeñas que una lata de refresco, pesan menos de 250 g por impresión y tardan entre dos y cuatro semanas en imprimirse. El tiempo de impresión programado está limitado a cuatro horas diarias, debido a las regulaciones de ruido en la Estación Espacial: los ventiladores y el motor de la impresora son relativamente ruidosos.
Una vez que se ha impreso una forma, Andreas la sacará de la impresora y la empaquetará para viajar de manera segura a la Tierra para su procesamiento y análisis, para comprender las diferencias en la calidad de impresión y el rendimiento en el espacio, a diferencia de la Tierra.
Una referencia y una impresión 0xg, que forma parte de una herramienta dedicada, se enviarán al Centro Europeo de Astronautas (EAC) en Colonia, Alemania. Otros dos se dirigirán al corazón técnico de la ESA, el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC), donde un equipo del Laboratorio de Materiales y Componentes Eléctricos espera las muestras para el macro y microanálisis de las piezas impresas. La impresión final irá a parar a la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), que propuso su forma, e investigará sus propiedades térmicas para apoyar, por ejemplo, la futura alineación de antenas.
Preparándose para el futuro
“Como proyecto de demostración de tecnología, nuestro objetivo es demostrar el potencial de la impresión 3D de metal en el espacio”, añade Rob. “Ya hemos aprendido mucho hasta este punto y esperamos aprender mucho más en el camino para hacer de la fabricación y el ensamblaje en el espacio una propuesta práctica”.
Uno de los objetivos de la ESA para el desarrollo futuro es crear un espacio circular economía y reciclaje de materiales en órbita para permitir un mejor uso de los recursos. Una forma sería reutilizar bits de satélites antiguos para convertirlos en nuevas herramientas o estructuras. La impresora 3D eliminaría la necesidad de enviar una herramienta con un cohete y permitiría a los astronautas imprimir las piezas necesarias en órbita.
“La impresión 3D de metal es una capacidad prometedora para respaldar futuras actividades de exploración, pero también más allá, para contribuir a actividades espaciales más sostenibles, a través de la fabricación, reparación y quizás el reciclaje in situ de estructuras espaciales, para una variedad de aplicaciones. Este tema se desarrollará más en las próximas iniciativas transversales en la ESA”, afirma Tommaso Ghidini, jefe del Departamento de Mecánica de la ESA.
Lea más sobre Andreas y la ciencia en la página de Huginn.
Como
2024-01-31 07:43:31
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