Ein Forscherteam der Auburn University und des NASA Marshall Space Flight Center hat erfolgreich ein neues additives Fertigungsverfahren (AM) demonstriert, das es Astronauten ermöglichen könnte, elektronische Komponenten direkt im Weltraum herzustellen. Die in npj Advanced Manufacturing veröffentlichte Studie zeigte, dass leitfähige Silber- und Kupferstrukturen in der Schwerelosigkeit mit einem trockenen, tintenfreien Druckverfahren hergestellt werden können. Die Forscher sagen, dass die Arbeit die On-Demand-Herstellung von Elektronik bei zukünftigen Weltraummissionen ermöglichen könnte.
Astronauten haben bereits 3D-Drucker im Weltraum genutzt, um Werkzeuge und Ersatzteile herzustellen. Elektronik ist eine andere Herausforderung. Viele der heute erforschten Methoden basieren auf flüssigen Materialien, die in der Schwerelosigkeit schwierig zu handhaben sind und nicht immer für den Einsatz im Weltraum praktikabel sind.
Das Projekt ist das Ergebnis mehrjähriger Arbeit unter der Leitung des Forschers Masoud Mahjouri-Samani von der Auburn University, der auch NanoPrintek gründete, ein Startup, das sich auf trockene Nanopartikel-Fertigungstechnologien konzentriert. Im Jahr 2022 verlieh die NASA dem Team 1,5 Millionen US-Dollar zur Entwicklung und Erprobung des Systems für den Einsatz in Weltraumumgebungen.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher eine sogenannte trockene additive Nanofabrikationsplattform oder Dry-ANM. Anstatt mit Tinten zu drucken, erstellt das System winzige Metallpartikel (oder Nanopartikel), platziert sie auf einer Oberfläche und versintert sie dann zu leitfähigen Strukturen. Das Verfahren verwendet Silber und Kupfer, zwei der gängigsten Materialien in der Elektronik. Die Maschine selbst ist recht kompakt – etwa so groß wie ein kleines Haushaltsgerät – misst etwa 60 Zentimeter auf jeder Seite und kombiniert Partikelgenerierung, Druck und Sintern in einem einzigen System; dies ist ein wichtiges Merkmal für zukünftige Weltraummissionen, bei denen der Platz begrenzt ist.
Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen 3D-Drucksystemen erzeugt die Plattform die Metallnanopartikel während des Herstellungsprozesses selbst, anstatt sich auf vorgefertigte Tinten oder Pulver zu verlassen. Die Technologie wurde entwickelt, um einige der Herausforderungen von flüssigkeitsbasierten Fertigungssystemen zu vermeiden, was sie für den Einsatz im Weltraum besonders attraktiv macht.
Das Team testete die Technologie während einer zweitägigen Reihe von parabolischen Flügen, die kurze Perioden der Schwerelosigkeit erzeugen. Über 50 separate Schwerelosigkeits-Sitzungen, die jeweils etwa 25 Sekunden dauerten, produzierten die Forscher erfolgreich leitfähige Metallstrukturen und beobachteten den Prozess in der Schwerelosigkeit. Das Team nutzte das System, um Silber- und Kupferkomponenten, einschließlich Antennen und anderer leitfähiger Muster, zu erstellen.
Die Flüge wurden im Rahmen einer von der NASA unterstützten Kampagne durchgeführt, die von Auburn-Forschern bereits im letzten Jahr angekündigt wurde. Die in diesem Monat veröffentlichte Arbeit bietet einen ersten detaillierten Einblick in die Leistung des Systems in der Mikrogravitation.