Trojrozměrný tisk na Mezinárodní kosmické stanici

2. únor 2015

Magazín Leonardo

Pokusy s 3D tiskem v prostředí mikrogravitace|foto: Made in Space

Trojrozměrný tisk je jednou z nejprogresivnějších a nejsledovanějších technologií současnosti. Nelze ho sice používat zdaleka vždy a všude, ale jsou jisté aplikace a oblasti, kde jsou jeho výhody již dnes nesporné. Jednou z nich je využití této metody v kosmickém prostoru mimo planetu Zemi.

V kosmu totiž nemáme k dispozici neomezenou kapacitu skladů, a tedy ani neomezený výběr součástek. Doprava nových náhradních součástek nebo nástrojů na oběžnou dráhu je zároveň velmi drahá. Někdy je třeba čekat na přílet nákladní lodi i několik měsíců. Nicméně přesto kosmonauti potřebují mít určité věci rychle k dispozici, i když dopředu nevědí, co se porouchá nebo jaký nový nástroj budou potřebovat. Logickým a úsporným řešením této situace je proto vyvézt do kosmu menší množství potřebného materiálu a součástku si pak pomocí tiskárny vyrobit operativně na místě - a to až tehdy, kdy je jasné, jaká součástka a v jakém množství je přesně potřeba. Nemusíme pak do kosmu vozit zbytečnou zátěž.

První 3D tiskárna v kosmu

K takovému úkolu ale kosmonauti potřebují mít k dispozici speciální tiskárnu, která funguje v beztížném stavu, přesněji řečeno v prostředí mikrogravitace. Dosavadní modely trojrozměrných tiskáren však vyžadovaly pro svoji funkčnost naopak přítomnost gravitace. Ukázalo se, že dosavadní 3D tiskárny jako například Makerbot nebo RepRap v beztížném stavu plnohodnotně pracovat nemohou. Drobné vrstvičky plastu se v nich daří kvalitně spojovat jen díky pozemské gravitaci, která udává směr, ve kterém se materiál má ukládat. V beztížném stavu však žádný jednoznačný směr neexistuje. Také termální vlastnosti plastů nebo dalších materiálů jsou zde jiné.

Agentura NASA proto zahájila spolupráci se soukromou firmou Made in Space, která začala vyvíjet právě takové speciální 3D tiskárny pro beztížný stav. Firma Made in Space provedla v minulých letech zkoušky kosmické 3D tiskárny na palubě upraveného letadla Boeing 727, které umí díky parabolickému letovému režimu na chvilku vyvolat beztížný stav. Firma musela vyzkoušet vliv těchto podmínek nejen na průběh trojrozměrného tisku, ale také na kvalitu a trvanlivost takto vyrobených součástek. A 21. září roku 2014 se kosmická 3D tiskárna poprvé dostala i na Mezinárodní kosmickou stanici.

Zero-G Printer, 3D tiskárna pro beztížný stav|foto: Made in Space

První vytištěné součástky na ISS

Pokud máme na kosmické stanici vhodný materiál a speciální 3D tiskárnu, potřebujeme už jen datový soubor s návrhem, podle kterého bude tiskárna pracovat, tedy tisknout vhodný tvar. Prvním návrhem, který na ISS doputoval 17. prosince 2014 pomocí e-mailu, byla data pro nástrčný klíč sloužící k utahování závitů. Tisk klíče trval asi 4 hodiny.

Ještě předtím ale tiskárna vytiskla 24. listopadu 2014 náhradní díl sama pro sebe. Byl to jednoduchý kryt tiskové hlavy s logem firmy a NASA. Během prosince 2014 pak tiskárna značky Made in Space vytiskla dalších asi 20 součástek podle 13 různých návrhů ve formě datových souborů. Tyto součástky zatím nebudou používány na kosmické stanici, ale budou dopraveny na Zemi, kde budou podrobeny zevrubné fyzikální a strukturální analýze a porovnány se svými na Zemi vyrobenými protějšky. Na základě těchto informací poletí do kosmu v průběhu roku 2015 druhá vylepšená 3D tiskárna, jejíž výrobky už bude možné používat. Svoji kosmickou 3D tiskárnu chystají také Evropané.

Trojrozměrný tisk brzy může být klíčovou součástí kolonizace vesmíru, zvláště pokud vhodný materiál najdeme přímo na místě. Příkladem je měsíční prach a regolit, který se může stát materiálem pro trojrozměrný tisk budov na Měsíci. Nebo materiál z asteroidů. V současné době se v některých zemích také testují další speciální tiskárny, které vyrábějí kovové díly pro rakety a letadla.