Metallrecycling im Weltraum: Incus beschreitet neue Wege im 3D-Druck für das Leben auf dem Mond

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Incus, ein dynamischer Ableger von Lithoz, hat einen aufregenden Schritt für den 3D-Druck im Weltraum gemacht und ein 18-monatiges Projekt erfolgreich abgeschlossen, das zeigt, wie die lithografiebasierte Metallfertigung (LMM) die Zukunft des nachhaltigen Lebens auf dem Mond sein könnte. In Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), OHB System und der Muttergesellschaft Lithoz ist Incus in die Welt des 3D-Drucks und der Zero-Waste-Prozesse in einer Umgebung vorgedrungen, die mit keiner anderen auf der Erde vergleichbar ist: der Mondoberfläche.

Incus mit Sitz in Wien, Österreich, ist führend in der hochleistungsfähigen additiven Metallfertigung (AM). Seine bahnbrechende LMM-Technologie druckt mit recyceltem Metallabfall und ist ein vielversprechender Kandidat für nachhaltige Prozesse unter rauen Mondbedingungen. Das gemeinsame Projekt zielt darauf ab, Mondschrott und Ressourcen in hochwertige Druckteile umzuwandeln und so die Produktion von Ersatzteilen direkt auf dem Mond zu ermöglichen. Diese Strategie steht im Einklang mit einem Konzept, das als In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) bekannt ist und darauf abzielt, verfügbare Materialien im Weltraum zu nutzen, um laufende Missionen zu unterstützen – beispielsweise die Herstellung von Treibstoff, Baumaterialien oder in diesem Fall die Herstellung von Ersatzteilen. Durch die Nutzung der verfügbaren Ressourcen könnten Raumfahrtbesatzungen die Kosten und die Komplexität von Weltraummissionen erheblich senken und so den Weg für eine dauerhafte menschliche Präsenz außerhalb der Erde ebnen.

ESA-gedruckte Teile

„Stellen Sie sich vor, Sie verwandeln im Wesentlichen Mondschrott in wertvolle Ressourcen. Dieses Projekt hat uns gezeigt, dass der Einsatz der LMM-Technologie nicht nur möglich, sondern auch praktisch ist. Es verwendet recyceltes Pulver als Ausgangsmaterial und bietet einen nachhaltigen Arbeitsablauf ohne Abfall“, sagte Gerald Mitteramskogler, CEO von Incus, und erwartete weitere Fortschritte bei den Metallrecyclingtechnologien für die Mondumgebung.

Die 3D-Drucklösung Hammer Lab35 von Incus stellte sich den herausfordernden Hindernissen der rauen Mondumgebung – einschließlich der spärlichen Atmosphäre und Schwerkraft, extremen Temperaturen, Strahlung und potenzieller Mondstaubkontamination – und war dieser Herausforderung gewachsen. Durch die Verwendung von recyceltem Titanpulver zum Drucken wiesen die resultierenden Teile eine Festigkeit auf, die den Standards von Metallspritzgussteilen aus Titan entsprach.

Im Mittelpunkt stand der Hammer Lab35 von Incus, ein leistungsstarkes Beispiel der LMM-Technologie. Ursprünglich auf der Formnext im Jahr 2019 vorgestellt, wurde es seitdem kontinuierlich weiterentwickelt und seine Leistung wurde von verschiedenen Institutionen, wie zum Beispiel dem Institut für Edel- und Technologiemetalle der Hochschule Pforzheim, genau beobachtet und getestet. Seine Fähigkeiten erstrecken sich auf eine feine Merkmalsauflösung, eine hervorragende Oberflächenästhetik und robuste mechanische Eigenschaften für Teilegrößen von weniger als 200 g. Darüber hinaus verfügt es über eine Druckgeschwindigkeit von bis zu 100 Kubikzentimeter pro Stunde und eine seitliche Auflösung von 35 Mikrometern (µm), was es zu einem idealen Werkzeug für die Fertigung auf dem Mond macht.

Incus Hammer Lab35

Im Rahmen der Fortschritte des Projekts demonstrierte die LMM-Technologie die Fähigkeit, aus Altmetallen unter Verwendung eines vorgemischten Ausgangsmaterials zu drucken, ohne dass loses Pulver und Stützstrukturen erforderlich sind, und kündigte einen umweltfreundlichen, abfallfreien Arbeitsablauf an. Das ehrgeizige Projekt umfasste die Entwicklung eines grünen Bindemittels und die Optimierung von Vor- und Nachbearbeitungsschritten, um verschiedene Demonstratoren für zukünftige Mondanwendungen zu drucken und zu testen.

Martina Meisnar, Material- und Prozessingenieurin bei der ESA, betonte, dass das optimale Szenario des Projekts für den 3D-Druck-Lebensraum auf der Mondbasis dem auf der Erde ähnelt, mit reduzierter Schwerkraft und Strahlenschutz auf menschlichem Niveau. Sie fügte hinzu: „Angesichts der Herausforderung, Menschen zum Mond zurückzubringen und eine Basis zu errichten, gewinnt ISRU erheblich an Dynamik. Kürzlich von Incus und Projektpartnern abgeschlossene Projekte wie dieses zeigen, dass Fertigungsmethoden wie LMM vielversprechende Kandidaten für die Unterstützung eines solchen Vorhabens sind.“

Lithographiebasierter Metallherstellungsprozess

„Durch diese erfolgreiche Zusammenarbeit haben wir gezeigt, dass lithographiebasierte AM-Techniken zu den vielversprechendsten Kandidaten gehören, um den 3D-Druck im Weltraum in Zukunft Wirklichkeit werden zu lassen“, schlussfolgerte Martin Schwentenwein, Leiter der Materialentwicklung bei Lithoz.

Francesco Caltavituro, Systemingenieur des Projekts bei OHB, wies auf die Bedeutung lokaler Mondressourcen und des Recyclings alter Raumfahrzeuge für eine nachhaltige und erdunabhängige Mondbasis hin.

„Durch dieses Projekt haben wir bewiesen, dass die LMM-Technologie recycelte Pulverquellen als Ausgangsmaterial verwenden kann. Es wurde auch gezeigt, dass Kontaminationen durch Mondregolith-Simulanzien beherrschbar sind, insbesondere aus Sicht des Druckprozesses. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte und der bereits vorhergesehenen und antizipierten zukünftigen Herausforderungen werden die bevorstehenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten weiterhin den Weg für eine nachhaltige Mondsiedlung ebnen, die endlich unabhängig von der Erde ist.“

Seit seiner Gründung im Jahr 2019 hat Incus kontinuierlich das Potenzial von LMM-Prozessen verfolgt und in dieses investiert. Mit Kunden auf der ganzen Welt beeinflusst die Hammer Lab35-Maschine dank ihrer feinen Merkmalsauflösung, Oberflächenästhetik und mechanischen Eigenschaften für Teilegrößen unter 200 g den Bereich des Metallspritzgusses (MIM). Incus konzentriert sich auf die Bereitstellung einer AM-Lösung, die sich problemlos in bestehende MIM-Produktionslinien integrieren lässt und gleichzeitig Fortschritte in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen fördert.

ESA-gedruckte Teile

Die Ergebnisse des Incus-Projekts sind von großer Bedeutung für die Zukunft der Weltraumforschung und die Schaffung nachhaltiger Mondbasen. Das Team hat herausgefunden, dass das optimale Szenario für den 3D-Druck auf einer Mondbasis bei geringerer Schwerkraft und ausreichender Strahlungsabschirmung dem auf der Erde sehr ähnlich wäre. Dies bedeutet, dass abgesehen von Größen-, Massen- und Volumenanpassungen keine größeren Neukonstruktionen oder Modifikationen am 3D-Drucker erforderlich wären.

Während wir der Verwirklichung einer menschlichen Besiedlung des Mondes immer näher kommen, ebnen Projekte wie das von Incus den Weg. „LMM sind sehr gute Kandidaten, um ein solches Unterfangen zu unterstützen“, betont Meisnar. Durch die vielversprechenden Ergebnisse dieses Projekts stellt Incus weiterhin seine Stärke im 3D-Druck-Ökosystem unter Beweis, was möglicherweise bedeutet, dass wir einer nachhaltigen Mondsiedlung, die endlich unabhängig von der Erde sein könnte, einen Schritt näher gekommen sind.

Bilder mit freundlicher Genehmigung von Incus

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