Die NASA schickt mit „Perseverance“ einen Rover auf den Mars, der über 11 Teile aus einem 3D-Drucker verfügt. Es handelt sich bei den Titanbauteilen um s.g. Sekundärstrukturen, die den Erfolg der Mission nicht gefährden würden, wenn sie ausfallen.

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2012 brachte der Rover Curiosity den 3D-Druck auf den Mars. Im ofenähnlichen Sample Analysis at Mars (SAM)-Instrument des Rovers trug er damals ein 3D-gedrucktes Keramikteil mit sich. Mit dem Perserverance Rover ist derzeit ein weiterer Rover auf dem Weg zum Mars. Er soll am 18. Februar 2021 landen, wie die NASA in einer Pressemitteilung erklärt.

Elf seiner Metallteile wurden dabei mit einem Titan-3D-Drucker hergestellt. Es handelt sich um Sekundärstrukturen, die keine Gefahr für den Erfolg der Mission darstellen, wenn sie nicht funktionieren würden. Die 3D-gedruckten Teile entstanden an der Caltech University, die das Jet Propulsion Laboratory für die NASA verwaltet. Der 3D-Drucker für Gebäude auf dem Mond oder Mars soll der NASA in einem weiteren Projekt dabei helfen, Leben auf dem Mars zu ermöglichen.

Details zum Perseverance Rover

PIXL, mit 3D-gedruckter Außenhülle
Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry, kurz PIXL (im Bild zu sehen), ist eines von sieben Instrumenten an Bord des Perseverance Rovers (Bild © NASA/JPL-Caltech).

Der Perseverance Mars Rover hat ein Instrument an Bord, das den Namen „Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry“ (PIXL) trägt und nicht größer als eine Lunchbox ist. Die Außenhülle von PIXL verfügt über fünf der elf 3D-gedruckten Titanbauteile und hilft dem Rover, Anzeichen von versteinertem mikrobiellem Leben zu finden. Die Gesteinsoberfläche wird mit Röntgenstrahlen beschossen und so analysiert.

Neben PIXL sind weitere Werkzeuge am Ende des 2 Meter langen Roboterarms des Rovers vorhanden. Die Ingenieure entwarfen die zweiteilige Titanschale von PIXL hohl und äußerst dünn. Ein Montagerahmen und zwei Stützstreben befestigen die Schale am Ende des Arms.

MOXIE

Sechs weitere der nit den 3D-Drucker hergestellten Teile befinden sich in einem Instrument namens MOXIE ( Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment). MOXIE testet Technologien, die in Zukunft industrielle Mengen an Sauerstoff produzieren könnten. So ließe sich Raketentreibmittel auf dem Mars zu erzeugen, was Astronauten helfen kann, auf die Erde zurückzukehren. MOXIE erwärmt dafür Marsluft auf knapp 800 Grad Celsius.

Sechs Wärmetauscher in Form von Nickellegierungsplatten in der Größe einer Handfläche schützen das Instrument vor den Auswirkungen zu hoher Temperaturen. Die einzelnen Wärmetauscher, die mit üblichen Methoden hergestellt aus zwei zusammengeschweißten Teilen bestehen, wurden in einem Stück in 3D gedruckt. Diese „Superlegierungen“, wie die Nickelteile bezeichnet werden, behalten ihre Festigkeit auch bei hohen Temperaturen bei. Normalerweise sind sie in Strahltriebwerken oder Turbinen zur Stromerzeugung zu finden, da sie auch bei großer Hitze sehr korrosionsbeständig sind.

Röntgenbild des Wärmetauschers von MOXIE
Hier ist das Innere eines 3D-gedruckten Wärmetauschers im MOXIE-Instrument zu sehen (Röntgenbild) (Bild © NASA/JPL-Caltech).

Um Risse zu vermeiden, wurden die Platten in einer heißen isostatischen Presse behandelt. Das Material wird auf über 1.000 Grad Celsius erwärmt. Dabei wird gleichmäßiger Druck um das Teil herum ausgeübt. In ausführlichen Tests wird die Mikrostruktur anschließend ausführlich untersucht, um zu sehen, ob das Ergebnis für die Raumfahrt geeignet ist. Die Perseverances Mission hat das Ziel, die Astrobiologie  und Zeichen des alten mikrobiellen Lebens auf dem Mars genau zu untersuchen. Weitere Informationen zu dieser Mission gibt es auf der Website der NASA.

Video zum 3D-Druck im Jet Propulsion Laboratory der NASA

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