El astronauta de la NASA Barry (Butch) Wilmore sostiene una llave de trinquete creada en 2014 con la impresora 3D a bordo de la Estación Espacial Internacional utilizando un archivo de diseño transmitido desde tierra. Crédito:NASA
La Estación Espacial Internacional ha sido el hogar de astronautas durante más de diecinueve años. Los astronautas realizan investigaciones científicas utilizando docenas de instalaciones especiales a bordo de la estación espacial, que también les proporciona un lugar para comer, dormir, relajarse y hacer ejercicio. Para que todo esto sea posible, es necesario enviar más de 7, 000 libras de repuestos a la estación anualmente. Otros 29, 000 libras de repuestos de hardware para vuelos espaciales se almacenan a bordo de la estación y otras 39, 000 en el suelo, listo para volar si es necesario.
Este sistema de apoyo logístico funciona bien para una nave espacial que orbita a 250 millas sobre la Tierra y es fácilmente accesible para misiones de reabastecimiento de carga. No es práctico para futuras misiones a la Luna y Marte, sin embargo. Los astronautas en estos largos viajes deben poder fabricar sus propias piezas de repuesto, herramientas y materiales esencialmente bajo demanda, tanto para necesidades rutinarias como para adaptarse rápidamente a imprevistos. La fabricación en el espacio (ISM) que utiliza tecnología de impresión 3-D podría ser una respuesta.
El proyecto ISM en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) de la NASA y sus socios comerciales están utilizando la estación espacial para probar varias tecnologías para proporcionar esta capacidad. El grupo de modelado basado en la física del Centro de Investigación Ames de la NASA proporciona análisis adicional y soporte de modelado.
El proyecto envió la primera impresora 3D a la estación espacial en 2014. Desarrollado por Made in Space, esta impresora utilizó un proceso de fabricación de filamentos fundidos (FFF), alimentar un hilo continuo de plástico a través de una extrusora calentada y sobre una bandeja capa por capa para crear un objeto tridimensional. La investigación de Impresión 3D en Zero G produjo docenas de piezas, que los investigadores analizaron y compararon con los realizados sobre el terreno. El análisis reveló que la microgravedad no tuvo efectos significativos de ingeniería en el proceso, demostrando que una impresora 3-D funciona normalmente en el espacio y allanando el camino hacia nuevos sistemas logísticos para misiones de larga duración.
La astronauta de la NASA Anne McClain instala el ReFabricator en la estación espacial en febrero de 2019. La impresora fue desarrollada para probar la tecnología para reciclar materiales plásticos de desecho en filamentos de impresora 3D de alta calidad. Crédito:NASA
"Nuestra hipótesis actual, basada en el trabajo realizado hasta ahora, es que este proceso de impresión 3D en particular no se ve afectado de manera significativa por la microgravedad, "dijo la co-investigadora Tracie Prater, ingeniero de materiales en MSFC. "Hubo algunas diferencias en los conjuntos de muestras de vuelo y de tierra, que probablemente se atribuyan a la variabilidad inherente en las construcciones posteriores comunes con los procesos de fabricación aditiva. Como con cualquier proceso, es importante tener un buen control del proceso. La idea de la demostración de tecnología era mostrar que se puede hacer esto en microgravedad, y la única forma de probar que funcionaba con el tiempo en la estación ".
Made in Space luego desarrolló la Instalación de Fabricación Aditiva (AMF), que puede imprimir utilizando una variedad de materiales, incluidos los plásticos de ingeniería. Una segunda investigación, Valores de diseño de AMF-ABS, creó piezas con esta impresora en la estación espacial, nuevamente para comparar con los hechos en el suelo. "Imprimimos varias muestras y estamos en proceso de redactar el análisis, ", Dijo Prater." Adoptamos un enfoque de prueba diferente, observando el efecto del laminado del filamento sobre las propiedades y la consistencia de la pieza. Un desafío es que realmente no existen estándares firmes sobre cómo probar materiales impresos en 3-D, pero varias organizaciones, incluida la NASA, están trabajando en procedimientos de prueba ".
Una de las primeras partes impresas en la estación espacial durante la impresión 3D en Zero G, una llave inglesa, demostró que era posible enviar de forma remota un diseño desde el suelo a un sistema de fabricación a más de 200 millas de altura. Además de sus ejecuciones de prueba, la AMF ha impreso varios elementos funcionales, incluyendo una parte de antena, un adaptador para sujetar una sonda en una salida de aire en el sistema de generación de oxígeno de la estación, y una parte para conectar dos ESFERAS, Robots de vuelo libre utilizados para la investigación en la estación espacial.
El uso de material reciclado como materia prima de la impresora podría evitar que las misiones de exploración de larga duración en el futuro tengan que transportar una gran cantidad de material para la impresión en 3D. El reciclaje también podría hacer uso de material que de otro modo representaría una molestia o un problema de eliminación de basura en estas misiones. Como paso hacia esa capacidad, la investigación de ReFabricator demuestra la tecnología desarrollada por Tethers Unlimited para reciclar materiales plásticos de desecho, incluidos los elementos impresos previamente, en filamento de impresora 3D de alta calidad. Inició operaciones en la estación espacial en febrero de 2019.
El hardware Made in Space Recycler se preparó para su lanzamiento a la estación espacial para probar el reprocesamiento de plástico en filamento de impresión 3D. Crédito:Hecho en el espacio, C ª.
"Esa es una parte importante del programa, reutilizar el material que tiene en lugar de tener que enviar más materia prima, "Dijo Prater.
Recientemente, Made in Space Recycler se lanzó a la estación espacial para investigar qué materiales son más efectivos para reciclar en filamentos de impresión 3-D y cuáles pueden resistir múltiples usos sin degradarse. Esta investigación está financiada y llevada a cabo a través del Laboratorio Nacional ISS.
El Proyecto ISM también está trabajando en el desarrollo de plásticos de mayor resistencia y procesos de escalado que utilizan metal para las limitaciones de tamaño y potencia de la estación espacial. "Si observa las piezas que podría necesitar para la fabricación a pedido de repuestos en misiones de exploración, muchos son de metal, así que ese es el próximo gran impulso, "Dijo Prater.
Otro desafío es la inspección en órbita de piezas fabricadas en el espacio, ella dijo. "Si vas a utilizar una pieza, necesita saber que cumple con los requisitos para el uso previsto ".
Por último, ISM es fundamental para futuras misiones de exploración, y probar estos sistemas de fabricación en la estación espacial allana el camino para permitir que esas misiones sean más independientes de la Tierra. Con los numerosos socios comerciales del proyecto, también representa un aspecto importante de las iniciativas de comercialización de la órbita terrestre baja de la NASA. Sin mencionar que libera todo ese espacio que antes se utilizaba para almacenar repuestos.
