Menempa Masa Depan Dengan Printer 3D Logam ESA di Luar Angkasa

Pencetakan 3D logam akan segera dilakukan di orbit untuk pertama kalinya. Printer 3D logam perintis buatan Eropa sedang menuju ke pasar Stasiun ruang angkasa Internasional (ISS) pada misi pasokan Cygnus NG-20 yang diluncurkan minggu ini.

“Printer 3D baru yang mencetak komponen logam ini mewakili yang pertama di dunia, pada saat meningkatnya minat terhadap manufaktur di luar angkasa,” jelas petugas teknis ESA, Rob Postema. “Printer 3D berbasis polimer telah diluncurkan dan digunakan di ISS, menggunakan bahan plastik yang dipanaskan di kepala printer, kemudian disimpan untuk membentuk objek yang diinginkan, satu lapis pada satu waktu.

“Pencetakan 3D logam mewakili tantangan teknis yang lebih besar, yang melibatkan suhu yang jauh lebih tinggi dan peleburan logam menggunakan laser. Oleh karena itu, keselamatan kru dan Stasiun itu sendiri harus terjamin – sementara kemungkinan pemeliharaan juga sangat terbatas. Namun jika berhasil, kekuatan, konduktivitas, dan kekakuan logam akan membawa potensi pencetakan 3D di ruang angkasa ke tingkat yang lebih tinggi.”

Mencetak di Luar Angkasa

Pesawat luar angkasa Cygnus NG-20, yang membawa Printer 3D Logam bersama dengan muatan dan penyelidikan ilmiah seberat 8.200 pon, merapat ke Stasiun Luar Angkasa Internasional pada tanggal 1 Februari. Setelah dibongkar, astronot ESA Andreas Mogensen akan mempersiapkan dan memasang sekitar 180 kg Metal 3D printer di European Draw Rack Mark II dalam modul Columbus ESA. Setelah instalasi, printer akan dikontrol dan dimonitor dari Bumi, sehingga pencetakan dapat berlangsung tanpa pengawasan Andreas.

Demonstrasi teknologi Printer 3D Logam telah dikembangkan oleh tim industri yang dipimpin oleh Airbus Defense and Space SAS – yang juga ikut mendanai proyek tersebut – di bawah kontrak dengan Direktorat Eksplorasi Manusia dan Robot ESA.

“Demonstrasi di orbit ini adalah hasil kolaborasi erat antara ESA dan tim insinyur kecil dan dinamis Airbus,” komentar Patrick Crescent, manajer proyek di Airbus. “Tetapi ini bukan hanya sebuah langkah menuju masa depan; ini merupakan lompatan inovasi dalam eksplorasi ruang angkasa. Ini membuka jalan bagi pembuatan struktur logam yang lebih kompleks di luar angkasa. Itu adalah aset utama untuk mengamankan eksplorasi Bulan dan Mars.”

Printer akan mencetak menggunakan jenis baja tahan karat yang biasa digunakan pada implan medis dan pengolahan air karena ketahanannya yang baik terhadap korosi.

Kawat baja tahan karat dimasukkan ke area pencetakan, yang dipanaskan oleh laser berkekuatan tinggi, sekitar satu juta kali lebih kuat daripada penunjuk laser rata-rata. Saat kawat dicelupkan ke dalam kolam lelehan, ujung kawat meleleh, dan logam kemudian ditambahkan ke cetakan.

Insinyur material ESA, Advenit Makaya dari Direktorat Teknologi, Rekayasa, dan Kualitas ESA, memberikan dukungan teknis pada proyek ini: “Kolam lelehan pada proses pencetakan sangat kecil, hanya sekitar satu milimeter, sehingga tegangan permukaan logam cair menahannya dengan aman di tempatnya dalam kondisi tanpa bobot. Meski begitu, titik leleh baja tahan karat adalah sekitar 1400 °C sehingga printer beroperasi dalam kotak yang tertutup rapat, mencegah panas atau asap berlebih mencapai awak Stasiun Luar Angkasa. Dan sebelum proses pencetakan dimulai, atmosfer oksigen di dalam printer harus dibuang ke ruang angkasa, digantikan oleh nitrogen – baja tahan karat yang panas akan teroksidasi jika terkena oksigen.”

Bentuk dan Ukuran

Empat bentuk menarik telah dipilih untuk menguji kinerja printer Metal 3D. Objek pertama ini akan dibandingkan dengan bentuk serupa yang dicetak di permukaan, yang disebut cetakan referensi, untuk melihat bagaimana lingkungan ruang mempengaruhi proses pencetakan. Keempat cetakan tersebut semuanya berukuran lebih kecil dari kaleng soda, beratnya kurang dari 250 g per cetakan, dan membutuhkan waktu sekitar dua hingga empat minggu untuk dicetak. Waktu pencetakan yang dijadwalkan dibatasi hingga empat jam setiap hari, karena peraturan kebisingan di Stasiun Luar Angkasa – kipas printer dan motor printer relatif berisik.

Setelah suatu bentuk dicetak, Andreas akan mengeluarkannya dari printer dan mengemasnya untuk perjalanan yang aman kembali ke Bumi untuk diproses dan dianalisis, guna memahami perbedaan kualitas dan kinerja pencetakan di luar angkasa, dibandingkan di Bumi.

Satu referensi dan cetakan 0xg, yang merupakan bagian dari alat khusus, akan disumbangkan ke European Astronaut Center (EAC) di Cologne, Jerman. Dua lainnya akan menuju ke jantung teknis ESA, Pusat Penelitian dan Teknologi Luar Angkasa Eropa (ESTEC), di mana tim di Laboratorium Bahan dan Komponen Listrik menunggu sampel untuk analisis makro dan mikro dari bagian yang dicetak. Cetakan akhir akan diberikan kepada Technical University of Denmark (DTU), yang mengusulkan bentuknya, dan akan menyelidiki sifat termalnya untuk mendukung, misalnya, penyelarasan antena di masa depan.

Mempersiapkan Masa Depan

“Sebagai proyek percontohan teknologi, tujuan kami adalah membuktikan potensi pencetakan 3D logam di luar angkasa,” tambah Rob. “Kami telah belajar banyak hingga saat ini dan berharap dapat belajar lebih banyak lagi, dalam rangka menjadikan manufaktur dan perakitan di ruang angkasa sebagai proposisi praktis.”

Salah satu tujuan ESA untuk pembangunan di masa depan adalah menciptakan ekonomi ruang angkasa sirkular dan mendaur ulang material di orbit untuk memungkinkan penggunaan sumber daya yang lebih baik. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan kembali potongan-potongan satelit lama menjadi alat atau struktur baru. Printer 3D akan menghilangkan kebutuhan untuk mengirimkan peralatan berupa roket dan memungkinkan para astronot mencetak bagian-bagian yang diperlukan di orbit.

Tommaso Ghidini, Kepala Departemen Mekanik di ESA, mencatat: “Metal 3D dalam pencetakan ruang angkasa adalah kemampuan yang menjanjikan untuk mendukung kegiatan eksplorasi di masa depan, tetapi juga lebih jauh lagi, untuk berkontribusi pada kegiatan ruang angkasa yang lebih berkelanjutan, melalui manufaktur, perbaikan, dan mungkin di tempat. daur ulang struktur ruang, untuk berbagai aplikasi. Hal ini mencakup manufaktur dan perakitan infrastruktur besar di orbit serta pemukiman manusia jangka panjang di planet ini. Aspek-aspek ini merupakan fokus utama dalam inisiatif lintas sektoral teknologi ESA yang akan datang.”

Thomas Rohr, yang mengawasi Bagian Material dan Proses ESA, menambahkan: “Demonstrasi teknologi ini, yang menampilkan pemrosesan material logam dalam gayaberat mikro, membuka jalan bagi upaya masa depan untuk memproduksi infrastruktur di luar batas Bumi.”