Ein 3D-Druck von Bausteinen aus simuliertem Mondstaub und Solarenergie ist nun möglich

Der Transport der Infrastruktur, die von den von der Erde stammenden Siedlern auf dem Mond benötigt wird, ist technisch anspruchsvoll. Es wäre deutlich vorteilhafter, wenn man 3D-Druckverfahren nutzen könnte, um Gebäude vor Ort zu errichten. Das wirft jedoch Fragen auf, zum Beispiel, wie die zu verwendenden Werkstoffe beschaffen sein müssten und wie man sich die Solarenergie zunutze machen könnte. Obwohl die Idee, Bauwerke mithilfe von Mondboden und Solarenergie im Weltall in 3D zu drucken, wie Science-Fiction erscheint, könnte die Technologie von morgen dank des EU-finanzierten Projekts REGOLIGHT schnell zur Technologie von heute werden. Im Projekt wurden Techniken entwickelt, mit denen die bahnbrechende Machbarkeitsstudie der Europäischen Weltraumorganisation einen Schritt weiter gebracht wird.

Der Weg zum 3D-Druck im Weltall

Die Arbeit, die von der Europäischen Weltraumorganisation in den Anlagen des Deutschen Luft- und Raumfahrtszentrums (DLR) in Köln durchgeführt wurde, hat gezeigt, dass es möglich ist, aus simuliertem Mondstaub und Solarenergie Bausteine zu fertigen. Ein 3D-Drucktisch wurde an einen Solarofen angeschlossen, der nacheinander 0,1 mm dicke Mondstaubschichten bei einer Temperatur von 1.000 °C brannte. Der Test hat gezeigt, dass ein Baustein von 20 x 10 x 3 cm in rund fünf Stunden hergestellt werden kann.

Der Solarofen des Zentrums verwendet 147 gekrümmte Spiegelfacetten, die das Sonnenlicht zu einem Hochtemperaturstrahl bündeln können, um damit Regolithkörner zu verschmelzen. Da diese Technik wetterabhängig ist, wurde auch ein Sonnensimulator eingesetzt. Dieser besteht aus einer Anordnung von Xenonlampen, die man häufiger bei Kinoprojektoren findet. Das Ergebnis zeigt, dass diese Methode zur Herstellung von Baustoffen, und möglicherweise für Bauwerke auf dem Mond, einsetzbar ist.

Die Machbarkeitsstudie kommt einen Schritt weiter

Das Projekt REGOLIGHT (Sintering Regolith with Solar Light) wird das Experiment nun in weiteren Probeläufen nachbilden, um zu sehen, wie gut die Technologie unter typischen Mondbedingungen funktioniert: in einem Vakuum und bei extrem hohen Temperaturen. Die Idee, das Ergebnis in einem Vakuum nachzubilden, scheint besonders anspruchsvoll zu sein, aber in einem Dokument, das kürzlich im Fachjournal „The Journal of Aerospace Engineering“ veröffentlicht wurde, berichtet das Projektteam, dass die Vakuumumgebung einen positiven Effekt auf das Sintern hat. Die Körner binden sich bei einer geringeren Temperatur als an der Luft, dadurch wird die Bildung zusätzlicher Porosität verhindert und die Druckfestigkeit gegenüber 98 MPa beim Sintern an der Luft um bis zu 152 MPa erhöht. Die Studie berücksichtigt auch, welchen Einfluss ein veränderter Glasgehalt, Veränderungen der Hauptserie der Kalknatronfeldspate und ein veränderter Titaneisengehalt auf den Sinterungsprozess haben würden.

Im Projekt wurden verschiedene Techniken entwickelt, die den Grundstein für die Probeläufe bilden sollen, welche auf den Ergebnissen der ESA aufbauen. Das Team kündigte vor kurzem die Entwicklung von Regolithzuführungen an, die den Rohstoff in einem versiegelten Tank lagern und anschließend in der richtigen Dichte und Geschwindigkeit auf den Druckbereich auftragen. Wegen der abrasiven Eigenschaft des Regoliths kann eine korrekte Abscheidung des Pulvers schwierig zu kontrollieren sein. Mit dem neuen Gerät, das im Rahmen von REGOLIGHT entwickelt wurde, kann man die Dicke jeder Schicht durch die Anzahl der Förderschnecken regulieren. Materiallecks (die auftreten, wenn sich die Zuführung im Leerlauf befindet), Ausfließen sowie eine ausreichende Dicke und Ausdehnung des aufgetragenen Materials wurden nachgeprüft.

Ein multidisziplinärer Ansatz

Das Team besteht aus Architekten, Ingenieuren, Systemdesignern und Wissenschaftlern, die sich den technischen Herausforderungen aus zwei Richtungen nähern. Sie beschreiben, dass sie sich mit dem „Gesamtbild“ befassen, das auf einem Einsatzszenario und einem von unten nach oben gehenden Konzept („Bottom-up“) beruht, welches sich auf die physikalischen Eigenschaften des Regolithstaubs und das additive Herstellungsverfahren konzentriert. Durch die EU-Förderung kann REGOLIGHT die bahnbrechende Arbeit der ESA eine Stufe weiter bringen.

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