Astronauten drucken Ersatzteile jetzt im All

Statt metallische Ersatzteile für den Betrieb der Internationalen Raumstation (ISS) mit Raumfahrzeugen ins All zu fliegen, genügt es künftig, Metallpulver zu transportieren. Die Astronauten an Bord der Station produzieren daraus mit einem speziell für diesen Zweck entwickelten 3D-Drucker die benötigten Bauteile. Das spart vor allem Zeit, zumal die Fahrzeuge, die an die Station andocken können, störanfällig sind, sodass die Flugtermine nicht allzu gut vorhergesagt werden können.

Der Drucker landete Anfang dieses Jahres in der Raumstation. ESA-Astronaut Andreas Mogensen installierte ihn im European Drawer Rack Mark II des Columbus-Moduls. Jetzt produzierte das Gerät die ersten Bauteile, die zur Qualitätskontrolle allerdings noch auf die Erde gebracht werden, ehe praktische Einsätze dieser Druckerprodukte an Bord der ISS eingesetzt werden. Zwei der Proben gehen an das technische Zentrum der ESA in den Niederlanden, eine weitere an das Astronautenausbildungszentrum der ESA in Köln und die letzte an die Dänische Technische Universität in Lyngby.

Den Drucker entwickelten Airbus und seine Partner, wobei die britische Cranfield University den wichtigsten Part einnahm. Deren Forscher waren an der Entwicklung der Schmelzvorrichtung, der Hardware des Druckers sowie der Laserquelle, der Zuführungsoptik, der Lagerung des Rohmaterials und des Zuführungssystems beteiligt. In der Schwerelosigkeit funktionieren irdische 3D-Drucker nicht. Das Metallpulver, das aus der Düse strömt, würde sich in der gesamten Raumstation verteilen. Es muss so geleitet werden, dass es ausschliesslich am Ziel ankommt. Zudem mussten die Konstrukteure dafür sorgen, dass der Laserstrahl, der das Pulver kurzzeitig verflüssigt, dieses nicht durch mechanische Kräfte wegpustet.

"Mit dem Druck der ersten 3D-Bauteile im Weltraum haben wir einen wichtigen Meilenstein bei der Schaffung von Fertigungskapazitäten im Weltraum erreicht. Das ebnet den Weg für Langstrecken- und Langzeitmissionen, bei denen die Herstellung von Ersatzteilen, Konstruktionskomponenten und Werkzeugen nach Bedarf unerlässlich sein wird", sagt Daniel Neuenschwander, Direktor für bemannte und robotische Exploration bei der ESA.

Mit der Ausweitung der Erkundungsmissionen zum Mond und zum Mars wird sich die Dauer der Missionen verlängern, und auch die Bedeutung der Autonomie für die Mission und ihre Besatzung wird zunehmen, da der Nachschub immer schwieriger und teurer wird. Die additive Fertigung im All ist eine Lösung für dieses Problem. So lassen sich während der Mission die benötigten Teile herstellen, Geräte reparieren oder spezielle Tools konstruieren, anstatt sich auf Nachschub und Redundanzen zu verlassen.