Narejeno iz mesečevega prahu: 3D tiskalniki Lithoz izdelujejo orodja za lunarno postajo
Je to znanstvena fantastika? Sploh ne! Gradnja domov na Luni je veliko več kot drzna vizija – v veliki meri zahvaljujoč mednarodnemu programu Artemis, katerega cilj je vrniti ljudi na Zemljin satelit. Za projekt Evropske vesoljske agencije (ESA) podjetje Lithoz GmbH na Dunaju, specialist za tehnično keramiko v aditivni proizvodnji, raziskuje, kako je mogoče orodja in gradbene materiale iz luninega prahu izdelati na mestu uporabe s 3D-tiskanjem. Material je preskušan s preskusnimi napravami ZwickRoell.
"Vse, kar si en človek lahko zamisli, lahko drugi uresničijo." (Od: Okoli sveta v 80 dneh, Jules Verne)
Hiša ob oceanu ali v gorah: Kdo ne sanja o tem? Toda hiša na luni? S pogledom na zemljo, v vesolju in s pogledom na Rimsko cesto? S tem, kar morda zveni kot prizori iz znanstvenofantastičnih filmov ali romanov, raziskovalci in znanstveniki skupaj z mednarodnimi vesoljskimi agencijami delajo že kar nekaj časa, kot trenutno velja za misijo na Artemis luno. Vizija: kratkoročno ali dolgoročno zgraditi vesoljsko bazo na Luni. Cilj: od tam še dlje v vesolje in naprej na Mars, da nadaljujemo z raziskovanjem našega sončnega sistema in morda celo izsledimo in raziščemo nove neznane galaksije ...
Da bi naredili velik korak bližje temu cilju, je po mnenju strokovnjakov izgradnja lunarne postaje nujna in dolgoročno nepogrešljiva. Ta postojanka, ki obstaja že v številnih znanstvenofantastičnih filmih, bi lahko bistveno skrajšala dolgo in izjemno drago transportno pot od Zemlje do Lune.
Načelo ISRU: uporaba virov in situ
Rešitev je: lunarni regolit, kar pomeni lunin prah. To pa zato, ker ga je na Zemljinem satelitu veliko in bi ga po principu ISRU (in situ resource utilization) lahko uporabili lokalno kot surovino za proizvodnjo gradbenih materialov, orodij in celo pohištva, potrebnega za lunino bazo. Namen ISRU pri raziskovanju vesolja je zbrati razpoložljive vire/surovine, jih predelati in uporabiti za nadomestitev materialov, ki bi jih sicer morali uvoziti z Zemlje.
V skladu z načrti, ki jih pripravlja tudi Evropska vesoljska agencija (ESA), naj bi na ta način – s 3D-tiskanjem – ustvarili celotno postajo na Luni. V bistvu bi bilo potrebno le postaviti 3D tiskalnike na Luno za tiskanje potrebnih materialov in orodij. V ta namen bi vozila zbirala lunin prah in z dodajanjem nekaj drugih snovi naj bi z njim lahko tiskali. Dodatna prednost: po strokovnih ocenah je surovin, potrebnih za osnovni material za 3D-tiskanje, le en odstotek, kar bi bilo ugodno tudi z vidika znižanja stroškov.
Pravi lunin prah ni uporaben – preskus s sintetičnim materialom
Podjetje Lithoz GmbH na Dunaju se v svojem projektu Moon Dust ukvarja s tem posebnim vprašanjem in je od ustanovitve leta 2011 postalo specialist in vodilni na svetovnem trgu na področju sistemov aditivne proizvodnje za napredno keramiko. Inženirji materialov in preizkuševalci materialov za podjetje Lithoz GmbH, ki sta ga ustanovila dva diplomanta Dunajske tehnološke univerze (TU) in sedanja direktorja Johannes Benedikt in Johannes Homa, delata na postopku za proizvodnjo orodij in obrabnih delov iz sintetiziranega luninega prahu z uporabo 3D tiskalnik, dodatno pa preskušajo lastnosti teh materialov.
Čeprav je na Zemlji okoli 400 kilogramov lunine kamnine iz prejšnjih lunarnih misij, je zdaj neuporabna za današnje eksperimentalne namene zaradi njihove izpostavljenosti zraku in vlagi, saj ima veliko kemično reaktivnost.
Skozi zemeljski material, ki je sintetiziran, znanstveniki proizvajajo tako imenovane simulante luninega regolita, ki imajo podobne kemične, mehanske in inženirske lastnosti kot pravi lunarni regolit. Kot del študije LUPIN z Evropsko vesoljsko agencijo (ESA) je Lithoz GmbH razvil metodo za obdelavo regolita s svojo tehnologijo tiskanja, ki temelji na litografiji. Pri 3D-tiskanju LCM je keramična zmes, ki vsebuje fotoreaktivno organsko vezivo, izpostavljena modri svetlobi z natančnostjo slikovnih pik plast za plastjo in jo utrdi na ustreznih mestih, da se proizvedejo zeleni keramični deli brezhibne mehanske trdnosti za nadaljnjo obdelavo.
Homa: »Naša vodilna tehnologija LCM – če cenite kakovost rezultatov – je zlati standard v keramičnem 3D tiskanju LCM.«
Stabilnost luninega prahu je preskušana s tlačnimi in 3-točkovnimi upogibnimi preskusi
In če bi komponente v prihodnosti proizvajali na Luni s 3D tiskanjem Lithoz, bi tudi proizvajalec preskusnih strojev ZwickRoell sodeloval pri projektu in njegovem možnem uspehu. Razlog: v smislu razvoja strojev, preskušanja materialov in razvoja procesov – z drugimi besedami, pripeljati podjetje tja, kjer je danes – sta oba ustanovitelja Benedikt in Homa delala s preskusnimi stroji ZwickRoell že v svojih dneh kot študenta na dunajski tehnološki univerzi. »Prve korake v 3D tiskanju smo naredili na univerzi. Zato poznamo in cenimo zanesljivost in natančnost preskusnih strojev ZwickRoell,« je dejal Johannes Benedikt, tehnični direktor pri Lithoz GmbH.
In nenazadnje, novembra so inženirji materialov pri ZwickRoellu v Ulmu po pogodbi z Lithoz GmbH preskušali vzorce luninega prahu, ki so bili predhodno preskušeni na Dunaju, da bi ugotovili, ali so primerni za uporabo kot osnovni material za orodje ali gradbeni material v vesolju – saj kratek skok v trgovino in kupiti nadomestnega, če se na luni kaj pokvari, ni prava možnost.
"Nadaljnji preskus je v takih primerih vedno zelo koristen in nam pomaga nenehno izboljševati proces," je pojasnil izvršni direktor Homa. Dvodnevni preskusi so vključevali tlačne in tritočkovne upogibne preskuse. "Za nas so materialni preskusi z regolitom predstavljali novost, vendar smo jih lahko zelo dobro izvedli v skladu s posebnimi zahtevami strank," je zaključil Tobias Ebner, vodilni inženir materialov ZwickRoell za preskuse vzorcev za projekt Moon Dust. In dodaja: "Vrednotenje rezultatov preskušanja, ali in v kolikšni meri je material primeren za gradnjo postaje na Luni, ali pa ga je treba prilagoditi, je zdaj odvisno od naše stranke."
Trenutno se analizirajo rezultati in ugotovitve dvodnevnih preskusov kakovosti, ki jih izvaja Lithoz GmbH, ter se razpravlja z Evropskim
vesoljske agencije (ESA) in bo nato objavljen.
"V znanstveni skupnosti smo dobro znani"
V meteorskem vzponu na področju 3D tiskanja keramike Lithoz GmbH odlikuje posebna triada, ki bo morda kmalu slišana ali natančneje vidna v vesolju: od osnovnih in aplikativnih raziskav do razvoja že pripravljenih izdelkov in tržnih izdelkov za industrijsko uporabo, Lithoz GmbH ponuja celovito znanje in izkušnje na področju 3D-tiskanja z rešitvami po meri. Tudi zato je ESA (European Space Agency) eden od partnerjev in tesno sodeluje z avstrijskim podjetjem. Poleg tega zaradi univerzitetnega ozadja obeh vodstvenih delavcev ohranjata dober stik z znanstveno skupnostjo in podjetje je dobro znano, je navedel Johannes Homa, izvršni direktor. Kljub podjetniškemu uspehu: Lithoz GmbH ne deluje povsem ločeno, temveč se kljub rasti še naprej osredotoča na ohranjanje trdnosti na tleh: podjetje zaposluje več kot 135 ljudi, proizvaja in razvija predvsem na sedežu na Dunaju ter se opira na tesno sodelovanje s strokovnjaki iz področja raziskav, znanosti in industrije.
Premikanje meja mogočega, napredovanje v nove sfere
Po besedah generalnega direktorja Lithoza Home je pred začetkom gradnje vesoljske postaje na Luni še nekaj sončnih orbit Zemlje. In poudarja, da pot do Lune ne bo lahka. Je pa načrtovana in asfaltirana. Zato je preprosto vprašanje časa, kdaj bodo na Luni zgradili bazno postajo. Podjetje Lithoz GmbH je na dobri poti, da izpolni svoje poslanstvo zagotavljanja najkakovostnejšega keramičnega tiska in nenehnega premikanja meja razvoja keramike. "Želimo prispevati k temu, da se ljudje podajajo v neznane galaksije in raziskujejo nove svetove," pravijo strokovnjaki za keramiko in pojasnjujejo želje podjetja.
»Gradnja postaje na Luni bo velik korak za vesoljska potovanja in mejnik za človeštvo. V podjetju Lithoz GmbH smo pripravljeni biti del tega vznemirljivega potovanja in razvoja.« In Benedikt dodaja: »Kdor leti na Luno, ne bo šel mimo nas. Kot naš zanesljiv partner nam je ZwickRoell zagotovil zelo pomembno bazo podatkov, ki nam je dala ključne vpoglede za to misijo. S pomočjo podjetja ZwickRoell smo naredili pomemben korak naprej. Radi bi – v pravem pomenu besede – dosegli zvezde in naredili predstavljivo možno ter to uresničili v vesolju s pomočjo našega strokovnega znanja.«
