Leben im All: Wie man in der Schwerelosigkeit schweißen kann
Ein Forschungsteam der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hat wichtige Fortschritte bei einem flexiblen 3D-Druckverfahren(öffnet im neuen Fenster) gemacht, mit dem die Herstellung und Reparatur von Bauteilen mit Metallpulver in Schwerelosigkeit realisierbar werden.
Die Fertigungsmethode des Schweißens ist nicht nur wichtig für Reparaturarbeiten auf Raumstationen wie der ISS (International Space Station) oder zukünftigen kommerziellen fliegenden Habitaten. Sie ist auch notwendig für die Besiedlung von Mond oder Mars. Mit dem Verfahren können Güter für den täglichen Bedarf vor Ort produziert werden - und das mit den Ressourcen, die den zukünftigen Weltraumbewohnern zur Verfügung stehen.
Das würde auch dem In-situ-Prinzip entsprechen, das viele Raumfahrtbehörden, die Industrie und die Wissenschaft anstreben. Dabei werden Rohstoffe genutzt, die man vor Ort findet. Das erspart den teuren und aufwendigen Transport von Gütern zum Mond, Mars oder darüber hinaus.
Erste Erfolge für mögliche Besiedlung des Alls
Trotz der enormen Herausforderungen beim Fertigen unter den Umgebungsbedingungen des Weltraums bietet der 3D-Druck dafür vielversprechende Möglichkeiten. Bisher war die effiziente Herstellung von Metallteilen und deren Reparatur in der Schwerelosigkeit eine Herausforderung. Das liegt vor allem an der komplexen Pulverhandhabung im All.
Das Forschungsteam stellte erstmals Werkstücke mit Metallpulver und dem bewährten Verfahren des Laserauftragschweißens unter Weltraumbedingungen her. Das Metallpulver wird dabei mittels eines Lasers zunächst aufgeschmolzen und anschließend Schritt für Schritt auf ein Substrat aufgetragen, um so das Bauteil schichtweise aufzubauen.
Simulation im Einstein-Elevator
Auf Raumfahrtmissionen könnten so verschlissene Teile repariert und teure Ersatzteile eingespart werden. Die Weltraumbedingungen wurden im Einstein-Elevator der LUH simuliert. Dort können Schwerebedingungen von Mikrogravitation bis zu den intensiven Kräften eines Raketenstarts nachgestellt werden.
Der Versuch wurde in einer abgeschlossenen Gondel aufgebaut, in der sämtliche Komponenten an die speziellen Voraussetzungen der Schwerelosigkeit, darunter der Pulverförderer und das Lasersystem, angepasst wurden. Verarbeitet wurden die in der Luft- und Raumfahrt gängigen Titan- und Nickellegierungen.
Als nächstes möchte sich das Team in Kooperation mit dem Laser Zentrum Hannover (LZH) der Verarbeitung von Mondregolith (Mondstaub) als Ausgangsmaterial widmen. Gelingt das Verfahren, wäre das laut der Arbeitsgruppe "ein entscheidender Schritt hin zu einer künftigen Fertigung auf dem Mond oder sogar dem Mars" .