NASA und 3D-Druck: Wie die NASA Werkzeuge im Weltraum in 3D druckt

2016 druckte die NASA ein Multitool an Bord der Internationalen Raumstation in 3D, das von einem Schüler im Teenageralter entworfen worden war. Das Multipurpose Precision Maintenance Tool (MPMT) ist ein fantastisches Beispiel dafür, was 3D-Druck alles kann, und es ist auch eine inspirierende Geschichte der Ingenieurskunst.

Da der 3D-Druck immer alltäglicher und leistungsfähiger wird, eröffnet er neue Möglichkeiten für Fertigung und Design, insbesondere bei 3D-Druckwerkzeugen für verschiedene Anwendungen. Was könnte eine spannendere Herausforderung sein als 3D-Druckwerkzeuge im Weltraum?

Wir bei Accu sind es gewohnt, mutig dorthin zu gehen, wo noch kein Schraubenlieferant zuvor gewesen ist. Wir bieten unser gesamtes Sortiment an Präzisionsverbindungselementen in Verbindung mit CAD-Dateien an, die für den 3D-Druck bereit sind. Wir sind gespannt, wie andere im Weltraum oder, in diesem Fall, im realen Weltraum innovieren. Deshalb untersuchen wir in diesem Artikel, wie die NASA 3D-Druck verwendet, um die Werkzeuge herzustellen, die sie im Orbit benötigt, wie weit der 3D-Druck der NASA in einem Jahrzehnt gekommen ist und was die Technologie als Nächstes ermöglichen könnte.

Inhalt:

• Entdecken Sie das Mehrzweck-Präzisions-Wartungswerkzeug: Das 3D-gedruckte Multitool der NASA

• Wie druckt man Werkzeuge in Schwerelosigkeit in 3D

• Warum 3D-Druck der NASA wichtig ist

• Ein Jahrzehnt später: Vom Polymer- zum Metall-3D-Druck

• Ein Jahrzehnt voller Meilensteine in der Fertigung im Weltraum

• Die wichtigsten Erkenntnisse

• Häufig gestellte Fragen

Erkunden Sie das Mehrzweck-Präzisions-Wartungswerkzeug: Das 3D-gedruckte Multitool der NASA

Die Geschichte hinter dem vielseitigen Präzisionswartungswerkzeug ist genauso interessant wie das Werkzeug selbst. Im Gegensatz zu dem, was Sie vielleicht denken, wurde es nicht von der NASA entworfen, sondern von einem Gymnasiasten namens Robert Hillan aus Enterprise, Alabama. Sein Entwurf wurde 2014 aus Tausenden von Einsendungen für den Future Engineers Space Tool Designwettbewerb ausgewählt. Der Wettbewerb, der in Zusammenarbeit zwischen der Advanced Exploration Systems Division der NASA und der American Society of Mechanical Engineers (ASME) Foundation veranstaltet wurde, sollte die nächste Generation von Ingenieuren und Weltraumbegeisterten dazu ermutigen, sich neu vorzustellen, wie ein Multitool für Anwendungen ohne Schwerkraft aussehen könnte.

Hillans Design, das Sie unten sehen können, vereint viele nützliche Tools und Designtricks in einem außergewöhnlichen Paket:

 

Das Mehrzweck-Präzisions-Wartungswerkzeug bietet:

• Buchsen in imperialer Größe zur Befestigung von Sechskantmuttern.

• Abisolierzangen

• Metrisches Lineal.

• Löcher für das Drahtmessgerät

• ¼ Zoll- und -Zoll-Laufwerke zum Anschließen verschiedener Buchsen.

• Ein ergonomischer Griff.

• Platz zum Anbringen eines Klettverschlusses zur sicheren Aufbewahrung des Werkzeugs und ein Loch zur Aufnahme eines Karabiners zur Befestigung, falls gewünscht.

• Ein niedriges Gesamtgewicht, etwa 31 g, je nach verwendetem Material.

• Die Option, je nach Anwendung in einer Reihe von Materialien gedruckt zu werden.

Das Geniale an Hillans Design besteht darin, dass es nicht nur mehrere technische Herausforderungen im Zusammenhang mit routinemäßigen Wartungsarbeiten löst, sondern sich auch geschickt an die Herausforderungen anpasst, die das Leben und Arbeiten an Bord eines umlaufenden Raumschiffs mit sich bringt.

Für verstellbare Werkzeuge sind bewegliche Teile erforderlich, was jedoch zusätzliche Toleranzen, Komplikationen und Verschleißgefahr mit sich bringt, was in der Summe zu Ausfallmöglichkeiten führt. Das MPMT hat keine beweglichen Teile, alles ist an das Werkzeug angeformt, sodass es sich nicht versehentlich lösen kann. An Bord eines Raumschiffs in Schwerelosigkeit können lose Teile schnell verloren gehen oder, schlimmer noch, zu Fremdkörpertrümmern (FOD) werden. FOD stellt ein großes Risiko für exponierte mechanische Elemente und empfindliche Elektronik dar.

Dies hat auch zur Folge, dass die Befestigungspunkte mit Klettverschluss und Karabiner erforderlich sind, mit denen das Werkzeug gesichert werden kann. Die Taschen funktionieren nicht in der Schwerelosigkeit wie auf der Erde. Werkzeuge müssen gesichert werden, indem sie an etwas befestigt werden. Die Befestigungspunkte sind eine intelligente Methode, um zu verhindern, dass das Werkzeug zwischen den Anwendungen herunterrutscht.

Schauen Sie sich zum Schluss die Form des Werkzeugs selbst an. Trotz des durchdachten ergonomischen Griffs ist es kastenförmig. Die Form ist jedoch kein Zufall, sie wurde so konzipiert, dass sie mit einer Hand bedient werden kann. Warum? Denn wenn man in der Schwerelosigkeit arbeitet, muss man sich an etwas festmachen, um ein Werkzeug tatsächlich benutzen zu können. Du kannst keinen Schraubenzieher drehen, wenn dadurch dein ganzer Körper sich dreht und taumelt. Mit dem vielseitigen Präzisionswerkzeug haben Sie also eine Hand frei, um ein Schott, einen Griff oder eine Stützstrebe zu halten, während Sie eine Mutter festziehen, eine Schraube antreiben oder einen Draht abziehen.

Es sind Funktionen wie diese, die nicht nur die praktischen Eigenschaften des Werkzeugs selbst betreffen, die das MPMT zu einem solchen technischen Wunderwerk machen. Die Datei selbst ist ebenfalls winzig, sodass sie über einen sehr vertrauten Versandmechanismus gesendet werden kann: E-Mail. Die Datei wurde als Anlage über eine drahtlose Datenverbindung bis zur ISS gesendet, wo sie direkt heruntergeladen und ausgedruckt werden konnte.

Wir haben eine Vergleichstabelle erstellt, die zeigt, wie sich das Mehrzweck-Wartungswerkzeug und seine Funktionen im Vergleich zu seinen herkömmlichen Gegenstücken abschneiden:

Es lohnt sich, sich daran zu erinnern, dass der Nachschub nie schnell erfolgt. Der Startplan der NASA ist eng ausgebucht und die Frachtflüge von SpaceX sind Monate im Voraus reserviert. Daher kann es Monate dauern, bis jedes Gerät ankommt, das sich noch nicht an Bord der ISS befindet. Wenn etwas kaputt geht oder die Crew ein Werkzeug benötigt, das sie nicht zur Hand hat, macht das Drucken auf Abruf eine potenzielle monatelange Wartezeit zu einer Angelegenheit von Stunden.

So drucken Sie Werkzeuge in Schwerelosigkeit in 3D

Hillans Design löste viele technische Probleme auf dem Papier, aber es gab noch ein enormes Hindernis, bevor es verwendet werden konnte: der tatsächliche 3D-Druck eines Werkzeugs im Weltraum.

Im Rahmen der Herausforderung musste das Siegerdesign seinen Weg zur ISS finden, unabhängig von einem Raketenstart. Mithilfe der digitalen Dateiübertragung wurde das Design an die Station übertragen, wo es von den 3D-Druckern in der Additive Manufacturing Facility (AMF) hergestellt wurde.

3D-Drucker im Orbit sind ihren erdgebundenen Äquivalenten bemerkenswert ähnlich. Beide verwenden dasselbe Verfahren, das als FDM (Fused Deposition Modelling) bekannt ist.

Beim FDM wird ein Kunststofffilament durch eine Hochtemperatur-Präzisionsdüse geführt, die Teil des Werkzeugkopfs des Druckers ist. Der Werkzeugkopf bewegt sich auf einer dreidimensionalen Achse, um das erhitzte Filament zu extrudieren und das Design in horizontalen Schichten aufzubauen. Dabei handelt es sich nicht um eine neue Technologie, aber bis 2014 waren die ersten Mikrogravitationsdrucke nur theoretisch möglich, sie im Weltraum einzusetzen.

Beim Drucken in Schwerelosigkeit gibt es einige Herausforderungen, die es auf der Erde nicht gibt.

• Schichthaftung in Mikrogravitation: Die Schwerkraft selbst unterstützt den Schichtaufbau und hilft dabei, den extrudierten Kunststoff an Ort und Stelle zu halten, während er sich verbindet. Ohne dass sich die Schwerkraft festsetzt, hängt das Kleben der Schichten ausschließlich von der thermischen Steuerung der extrudierten Kunststoffperle und des Druckbetts ab. Das AMF verwendet eine beheizte Baukammer, um die Temperatur zwischen den Schichten aufrechtzuerhalten.

• Eindämmung des Materials: Die Materialkontrolle ist noch wichtiger, da lose Kunststoffe ohne Schwerkraft möglicherweise einfach wegschwimmen, nachdem sie extrudiert wurden. Um dieses Problem zu lösen, druckt das AMF in einem versiegelten Gehäuse. Das dient nicht nur der Sicherheit der Besatzung vor erhitzten Polymerdämpfen, sondern schützt auch empfindliche Instrumente an Bord der ISS vor streunenden Filamenten.

• Konvektion: Die Wärmeableitung des Druckers ist ebenfalls eine Herausforderung, die berücksichtigt werden muss, ebenso wie das Arbeiten mit extrem begrenzten Verbrauchsmaterialien. Auf der Erde steigt heiße Luft vom Druck weg und kühlt die extrudierte Schicht ab. In der Mikrogravitation gibt es jedoch keine natürliche Konvektion. Das AMF nutzt dazu eine erzwungene Luftzirkulation. Ohne sie würde der Druckkopf in einer eigenen Wärmeblase sitzen.

Zum Glück sind die AMF-Drucker darauf ausgerichtet, diese Herausforderungen zu lösen. Der Druck war ein Erfolg und das vielseitige Präzisionswartungswerkzeug wurde zum Einsatz gebracht. Es ist nicht nur eine fantastische Möglichkeit, zukünftige Ingenieure zu engagieren, sondern eröffnet auch neue und überzeugende Optionen für die Fertigung in niedrigen Erdumlaufbahnen.

Warum 3D-Druck der NASA wichtig ist

Warum sind 3D-Druckwerkzeuge der NASA im Weltraum also wichtig? Die Antwort ist eine Frage des Nutzens und der Möglichkeiten.

Eine der größten Herausforderungen der Weltraumforschung besteht darin, dass ein Objekt erst dort ankommen muss, um im Weltraum verfügbar zu sein. Das mag offensichtlich klingen, aber wenn man es mit dem Start von Raumschiffen zu tun hat, wird das zu einem logistischen Albtraum.

Auf der Erde ist das ein gelöstes Problem. Ein Ingenieur, der ein bestimmtes Befestigungselement benötigt, kann es am nächsten Tag mit AccuPro auf der Werkbank haben. Im Orbit existiert nichts von dieser Lieferkette... noch nicht.

Bei einem Raketenstart muss jeder einzelne Aspekt und jede Dimension eines Objekts berücksichtigt und sorgfältig darauf abgestimmt werden. Es nimmt nicht nur Platz ein, der ohnehin schon enorm teuer ist, sondern es erhöht auch das Gewicht. Dieses Gewicht erfordert zusätzlichen Schub zum Anheben, was wiederum mehr Treibstoff erfordert.

Jedes Kilogramm hat einen erheblichen Einfluss auf die Kosten für das Erreichen der Umlaufbahn und darüber hinaus. Nach Angaben der NASA kostet der Versand eines Kilogramms Fracht, das zur ISS gebracht wird, mehr als 20.000 US-Dollar. Das bedeutet, dass eine Kiste mit Ersatzschlüsseln, die für den unwahrscheinlichen Fall geliefert wird, dass sie benötigt werden, Zehntausende von Dollar entspricht, die „nur für den Fall“ gebunden sind.

All das bedeutet, dass alles, was in den Weltraum geht, seinen Platz verdienen muss. So sehr es auch eine Freude ist, an Bord eines Orbital-Raumschiffs oder einer Raumstation eine Werkstatt mit allen erdenklichen Größen von Schraubenschlüsseln oder Inbusschlüsseln oder mehreren Ersatzteilen für jeden Verschluss zu haben, es ist einfach nicht möglich.

Und hier kommt der 3D-Druck ins Spiel. Anstatt als Redundanz Ersatzteile von allem zu verwenden, kann ein Werkzeug oder eine Komponente, sobald festgestellt wurde, dass ein Werkzeug oder eine Komponente benötigt wird, diese im AMF gedruckt werden. Anstatt auf das zu setzen, was möglicherweise benötigt wird, und zu versuchen, Komponentenausfälle oder Wartungsanforderungen zu hinterfragen, kann die NASA sie nach Bedarf in 3D drucken. Wenn ein Werkzeug vorher kaputt ging, würde es monatelang dauern, bis ein Ersatz gefunden wurde. Mit dieser Technologie können sie innerhalb weniger Stunden ein neues auf dem Drucker herstellen.

Das ist nicht nur viel praktischer, sondern reduziert auch das Gewicht erheblich. Anstatt mehrere Ersatzwerkzeuge, Komponenten und Befestigungselemente aufzubewahren, druckt die NASA sie in 3D. Das ergibt sich aus ihrem Vorrat an Filamenten, der es ihnen ermöglicht, eine Bibliothek mit potenziell Tausenden möglicher Artikel zu verwalten, ohne sie lagern, organisieren und pflegen zu müssen.

Ein Jahrzehnt später: Vom Polymer- zum Metall-3D-Druck

Natürlich können nicht alle Werkzeuge oder Komponenten aus Kunststoff hergestellt werden. Selbst Hochleistungswerkstoffe wie ABS, das für den Druck des Mehrzweckwerkzeugs zur Präzisionswartung verwendet wird, haben ihre Nachteile. NASA-Werkzeuge müssen aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wobei Metall für anspruchsvollere und speziellere Anwendungen benötigt wird.

Aufgrund bedeutender Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie ist es heute keine Science-Fiction mehr, Metall statt Kunststoff drucken zu können. Im Gegensatz zum FDM-Druck kann Metall mithilfe eines Verfahrens, das als Directed Energy Deposition bezeichnet wird, in 3D gedruckt werden. Das Metall wird anstelle eines Filaments in Pulver- oder Drahtform durch den Werkzeugkopf geleitet, wo es geschmolzen und mit einem Laser zu einem Festkörper verschmolzen wird.

3D-gedruckte Metallkomponenten sind je nach den Anforderungen der Anwendung in verschiedenen Legierungen erhältlich. Titan, Aluminium und Stahl können in einem geeigneten Drucker zur Herstellung einer Vielzahl von Werkzeugen oder Komponenten verwendet werden.

Was hier bemerkenswert ist und wie es mit dem 3D-Druck von Dingen zusammenhängt, die über das NASA-Multitool hinausgehen, ist, dass es bereits vorhanden ist. Die Anlage für additive Fertigung wurde seit ihrer ersten Installation bereits mehrfach modernisiert, und 2024 erhielt die ISS einen 3D-Drucker, mit dem Metallobjekte gedruckt werden können. Sie verwenden ihn bereits zur Herstellung von Testdrucken, es handelt sich also nicht mehr um eine theoretische Idee. Es ist eine praktische Realität.

Es ist ein äußerst wichtiger Schritt. Bei aller Haltbarkeit von Polymeren wie ABS können sie den Bedingungen an der Außenseite eines Raumfahrzeugs nicht standhalten. Die Temperaturen können zwischen -150 °C im Schatten und +120 °C bei direkter Sonneneinstrahlung in einer niedrigen Erdumlaufbahn variieren. Unter solchen Bedingungen würden Polymere bestenfalls kriechen oder im schlimmsten Fall zerbrechen, was bedeutet, dass Metall das einzige Material ist, das den thermischen Schwankungen standhält. Es ist die einzig praktikable Wahl, um Ersatzteile herzustellen, die unter extremer Belastung funktionieren.

Was kommt als Nächstes: Das kommende Jahrzehnt der In-Orbit-Fertigung

Wenn in den ersten zehn Jahren der Fertigung im Orbit geantwortet wurde: „Können wir das?“ , die nächsten zehn werden antworten: „Wie viel?“ , „wie groß?“ und „wie weit von der Erde entfernt?“ Das vielseitige Präzisionswerkzeug für die Wartung bewies, dass ein Kunststoffwerkzeug auf der Erde entworfen und bei Bedarf im Weltraum gedruckt werden kann. Der Metalldrucker von 2024 bewies, dass mit demselben Arbeitsablauf Strukturlegierungen im Metalldruckverfahren verarbeitet werden konnten. Jeder Meilenstein hat die Lücke zwischen einem Ingenieur, der an ein Teil denkt, und einem Astronauten, der es in der Hand hält, verkürzt. Bei der Arbeit geht es nun darum, diese Lücke weiter zu schließen und den Arbeitsablauf weiter von einer niedrigen Erdumlaufbahn aus zu verlagern.

Größere Strukturen, im Orbit gedruckt

Die natürliche Entwicklung erfolgt von Druckwerkzeugen zum Drucken struktureller Hardware. Traversen, Antennenausleger, Stützhalterungen und Habitatpaneele sind allesamt Kandidaten, vor allem, wenn sie zu groß sind, um in ihrer endgültigen Form in die Ladung für den Start zu passen. Programme wie Archinaut von Made In Space, das inzwischen von Redwire übernommen wurde, haben bereits Strukturträger in Vakuumkammertests extrudiert, um Umgebungen ohne Schwerkraft zu simulieren. Der technische Nutzen ist beträchtlich, da Bauteile, die im Orbit gebaut werden, für die Belastungen ausgelegt werden können, denen sie dort tatsächlich ausgesetzt sind, und nicht für die weitaus höheren Startlasten.

Geschlossener Materialkreislauf und Recycling

Das Refabricator-Experiment 2019 bewies, dass Polymerabfälle auf der ISS nachgeschliffen und zu frischen Filamenten für den 3D-Druck reextrudiert werden können. In größerem Maßstab ist dies der erste Schritt in Richtung einer zirkulären Materialwirtschaft im Orbit. Bei Missionen zum Mars, bei denen jedes Kilogramm Rohmaterial mit enormen Kosten verschifft wird, wird Recycling noch wichtiger. Fehlgeschlagene Drucke oder sogar Werkzeuge, die ihren Zweck erfüllt haben und nicht mehr benötigt werden, können recycelt werden, um Werkzeuge für neue Zwecke zu verwenden.

Fertigung auf dem Mond und auf dem Mars

Hier wird die Technologie wirklich transformativ. Die NASA-Architektur vom Mond zum Mars hat ernsthafte Forschungen zur Konstruktion auf der Grundlage von Regolithen ans Licht gebracht. Dabei wird Mond- oder Marsstaub als Rohmaterial verwendet, anstatt von der Erde verschickte Aggregate, ähnlich denen, die bereits beim 3D-Druck von Beton verwendet wurden. Habitate, Landeplätze und Strahlenschutzbunker stehen alle auf dem Tisch. Bei terrestrischen Versuchen mit Regolith-Simulanten lassen sich bereits strukturell einwandfreie Testdrucke erzielen.

Das Ende des Versorgungsproblems

Das wirtschaftliche Argument, das das MPMT rechtfertigte, gewinnt nur an Gewicht, je weiter sich eine Mission von der Erde entfernt. Eine kaputte Halterung auf der ISS ist eine Unannehmlichkeit. Dieselbe Unterbrechung auf einem zum Mars fahrenden Fahrzeug ist von entscheidender Bedeutung, da es keine Versorgungsoption gibt. Die Fertigung im Orbit ist nicht nur für Langzeitmissionen nützlich. Es ist vielleicht die einzig praktikable Antwort.

All dies passiert nicht ohne Ingenieure, die bereit sind, für eine Umgebung zu entwerfen, die sie niemals besuchen werden. Was die naheliegende Frage aufwirft: Woher kommen diese Ingenieure?

Die Antwort stammt aus Wettbewerben wie Future Engineers, an denen Robert Hillan teilgenommen und gewonnen hat. Studierende und Organisationen wie Accu, die sie unterstützen und fördern, unterstützen die nächste Generation von Ingenieuren, die sich mit den Problemen der Raumfahrt befassen und innovative und brillante Lösungen finden werden.

Ein Jahrzehnt voller Meilensteine der Fertigung im Weltraum

Das letzte Jahrzehnt der Fertigung im Weltraum besteht aus einer klaren Abfolge von Premieren, von der Machbarkeitsstudie bis hin zur Konstruktion von Metall. Hier ein Überblick über die wichtigsten Entwicklungen auf diesem Gebiet:

Wichtige Erkenntnisse

Das vielseitige Präzisionswartungsgerät der NASA zeigt, wie weit der 3D-Druck fortgeschritten ist: Ein Design, das von der Erde geschickt, auf Bestellung im Orbit gedruckt und direkt zur Arbeit gebracht wird. Das gleiche On-Demand-Denken verändert die Art und Weise, wie Ingenieure vor Ort arbeiten. Aus diesem Grund bietet Accu ein herunterladbares CAD-Modell für jede Standardkomponente aus dem Sortiment von über 750.000 Präzisionskomponenten, die wir auf Lager haben. Sie können ein Teil als Prototyp in 3D drucken und die Passform überprüfen, bevor Sie sich für das fertige Produkt entscheiden. Egal, ob es sich bei der Werkstatt um eine Werkbank oder um die ISS handelt, das Prinzip gilt: Mach, was du brauchst, wann du es brauchst.

• Das MPMT war das erste von Studenten entworfene Werkzeug, das im Weltraum gedruckt wurde. Es wird nicht das letzte von Studenten entworfene Werkzeug sein, das im Weltraum gedruckt wurde.

• 3D-Druckwerkzeuge in Mikrogravitation haben sich in etwas mehr als einem Jahrzehnt vom Machbarkeitsnachweis zur betrieblichen Realität entwickelt. Die Geschichte der NASA und des 3D-Drucks ist eine Geschichte schrittweiser, aber transformativer Fortschritte.

• Die Wirtschaftlichkeit, die 2016 den Einsatz von Kunststoff-Multifunktionswerkzeugen rechtfertigte, rechtfertigt heute Metallbauteile und wird in den nächsten zwei Jahrzehnten die Fertigung auf dem Mars rechtfertigen.

• Die nächste Generation von Ingenieuren konstruiert nicht mehr für die Erde. Sie planen vom ersten Tag an für den Orbit.

Weiterführende Literatur:

• Der Space Race Report: Wer gewinnt und zu welchem Preis?

• Der Bericht über Weltraummüll.

• So bauen Sie Ihr eigenes Lichtschwert mit feinmechanischen Komponenten.

• Star Wars-Raumschiff, bewertet von einem Ingenieur.

Häufig gestellte Fragen

F: Wer hat das Mehrzweck-Präzisions-Wartungswerkzeug entwickelt?

A: Das Mehrzweck-Präzisionswartungswerkzeug wurde im Herbst 2014 von Robert Hillan, einem Abiturienten in Enterprise, Alabama, entworfen. Im Juni 2016 war er im zweiten Jahr an der UAH (University of Alabama in Huntsville). Er entwarf das 3D-gedruckte Multitool für den Future Engineers Space Tool Designwettbewerb und wurde 2015 als Gewinner bekannt gegeben.

Als Gewinner durfte er einen Blick hinter die Kulissen werfen und per Live-Videolink vom Payload Operations Integration Center des Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, zusehen, wie das Gerät von der Produktionslinie kam.

F: Was war das erste 3D-gedruckte Werkzeug im Weltraum?

A: Das Mehrzweckwerkzeug für die Präzisionswartung war nicht das Erste, was im Weltraum gedruckt wurde, oder das erste Werkzeug, das im Weltraum gedruckt wurde, obwohl es eine bedeutende Innovation gegenüber beiden darstellt.

Das erste Objekt, das im Weltraum in 3D gedruckt wurde, war eine kleine Frontplatte mit der Aufschrift „Made In Space“, dem Namen eines Unternehmens, das von der NASA beauftragt wurde, nachzuweisen, dass 3D-Druck in der Mikrogravitation funktioniert. Es wurde 2014 gedruckt und war so konzipiert, dass es an der Vorderseite des Druckers selbst angebracht werden konnte.

Das erste 3D-gedruckte Werkzeug im Weltraum war ein Ratschenschlüssel, der ebenfalls von Made In Space auf dem von ihnen entwickelten Drucker gedruckt wurde. Es wurde von Noah Paul-Gin bei Made In Space entworfen und per E-Mail an die ISS geschickt, dasselbe Liefersystem, das verwendet wurde, um das Design für das Mehrzweck-Präzisionswartungswerkzeug zur Station zu bringen.

F: Aus welchem Material wurden die ersten 3D-gedruckten Objekte im Weltraum hergestellt?

A: Sowohl die Made In Space-Plakette als auch der Ratschenschlüssel wurden aus ABS-Filament-Kunststoff gedruckt, wodurch sie robust und langlebig sind. Wichtig ist, dass die Dateien zum Drucken auf der Erde erstellt und über eine Datenverbindung zur ISS gesendet wurden.

Dies bewies, dass On-Demand-Drucken von Grund auf gesteuert werden kann, wobei Designs verfeinert und frei prototypisiert werden können, bevor die fertige Datei zum Drucken an das AMF gesendet wird.

F: Welchen 3D-Drucker verwendet die NASA auf der ISS?

A: Die Internationale Raumstation hat in den letzten zehn Jahren mehrere 3D-Drucker beherbergt. Das aktuelle Arbeitstier für den Kunststoffdruck ist die Additive Manufacturing Facility (AMF), die von Made In Space gebaut wurde, inzwischen von Redwire übernommen und im März 2016 auf der ISS installiert wurde. Die AMF druckt mit einer Reihe von Polymeren in Weltraumqualität, darunter ABS, Polyetherimid und Polyethylen hoher Dichte. Es ist der Drucker, der das vielseitige Präzisionswerkzeug für die Wartung im Juni 2016 herstellte.

Für den Metalldruck erhielt die ISS im Januar 2024 eine separate Maschine. Dieser 3D-Metalldrucker wurde von Airbus Defence and Space für die Europäische Weltraumorganisation gebaut und verwendet einen Laser, um Edelstahldraht zu schmelzen und ihn Schicht für Schicht abzulegen. Er hat seine ersten Testmuster hergestellt und ist ein bedeutender Schritt, der über die reine Herstellung von Polymeren im Orbit hinausgeht.

Beide Drucker erhalten ihre Konstruktionsdateien auf die gleiche Weise, wie Robert Hillans Gerät die Station erreicht hat: per Datenverbindung von der Erde aus.

F: Wo kann ich NASA-Tools für den 3D-Druck herunterladen?

A: Die STL-Datei für das Mehrzweck-Tool zur Präzisionswartung finden Sie hier auf der NASA-Website als kostenloser Download. Warum drucken Sie nicht einen aus und probieren Sie ihn selbst aus?

Sie können auch Ihre eigene Version des berühmten Schraubenschlüssels, des ersten 3D-Druckwerkzeugs im Weltraum, herunterladen und ausdrucken.

F: Welche 3D-Druck-Dateiformate bietet Accu an und wie greife ich darauf zu?

A: Accu bietet kostenlose 3D-CAD-Modelle für jede Standardkomponente in drei Formaten: STEP (.stp), IGES (.igs) und STL (.stl). STEP und IGES werden für Konstruktionsarbeiten in CAD-Software wie SolidWorks, Onshape und Fusion 360 importiert, während STL das Netzformat ist, das Sie direkt an einen 3D-Drucker oder Slicer senden, sodass Sie eine Komponente für den Prototypenbau und Passformtest drucken können, bevor Sie das fertige Teil fertigstellen.

Um eines herunterzuladen, melden Sie sich bei Ihrem Accu-Konto an (oder erstellen Sie ein kostenloses Konto), öffnen Sie die Produktseite für die benötigte Komponente, wählen Sie den Tab „3D-CAD-Modelle“, wählen Sie Ihr Format und klicken Sie auf Herunterladen. Kostenlose Konten können bis zu 20 Modelle pro Tag herunterladen. Wenn Sie ein Format benötigen, das wir nicht auflisten, kann Ihnen unser Kundenlösungsteam auf Anfrage oft Alternativen anbieten.