Additive Fertigung: 3D-Druck verwandelt Mondstaub in Straßen

Eine Gemeinschaftsstudie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), der Technischen Universität Clausthal und der Hochschule Aalen, die im Oktober 2023 in der angesehenen Fachzeitschrift Springer Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde, offenbart faszinierende Perspektiven: Mithilfe innovativer 3D-Drucktechnologie und Mondstaub könnte die Errichtung von Straßen und Landeplätzen auf dem Erdtrabanten in greifbare Nähe rücken. Dies eröffnet ungeahnte Möglichkeiten für den Aufbau zukünftiger Mondbasen.

Mondstaub stellt, wenn aufgewirbelt, eine erhebliche Herausforderung für Mondmissionen dar: Aufgrund der geringen Schwerkraft auf dem Erdtrabanten neigt er dazu, lange zu schweben und kann so Maschinen, Geräte und Ausrüstungen beschädigen. Dauerhafte Mondbasen sind daher auf feste Infrastrukturen, Straßen und Landeplätze angewiesen, um das Staubproblem zu minimieren.

Allerdings wäre es äußerst aufwendig und damit extrem kostspielig, hierfür extra Baumaterial von der Erde zum Mond zu transportieren. Viel vorteilhafter wäre es, den feinen Staub zu nutzen, der zuhauf vor Ort vorhanden ist und den Mond in einer mehreren Meter dicken Schicht bedeckt.

Baumaterial Mondstaub

Genau hier setzt die aktuelle Studie an. Die Autor*innen experimentierten mit Laserstrahlen unterschiedlicher Stärke und Größe (bis 100 mm Durchmesser und 12 Kilowatt Leistung), um Mondstaub in ein robustes Baumaterial zu verwandeln. Dafür verwendeten sie ein feinkörniges Material (EAC-1A), welches von der European Space Agency (ESA) offiziell als Äquivalent für Mondstaub deklariert wird.

Die großen Brennflecken des Lasers ermöglichen eine hohe Geschwindigkeit beim Schmelzen des Materials zu festen, flächendeckenden Strukturen, was für den Bau von Straßen und Landeplätzen essenziell wäre. Bei den Versuchen stellte sich jedoch heraus, dass bei einem Überlappen der Laserstrahlen die enorme Energiedichte zu hohen Temperaturunterschieden und Spannungen im Material und folglich zu Rissen führt.

Aus diesem Grund entwickelte das interdisziplinär zusammengesetzte Team dreieckige, geometrische Formen mit einer Öffnung in der Mitte, bei denen sich die Laserspuren beim Druck nicht überlappen. Das Ergebnis: „Pflastersteine“, die perfekt ineinandergreifen und so eine solide Oberfläche bilden.

Sonnenlicht statt Laser

Auf dem Mond könnte der Laser, der mit über einer Tonne Gewicht zu schwer für einen Transport zum Mond wäre, durch eine hochbrechende Linse von mehreren Quadratmetern ersetzt werden. Sie könnte das Sonnenlicht so bündeln, dass es die Intensität des Lasers ersetzt. Ein solche Linse auf Folienbasis („Fresnel-Linse“) würde weniger als zehn Kilogramm wiegen und ließe sich somit leicht zum Mond transportieren.

Entsprechend stolz ist Jens Günster, Projektkoordinator und Leiter des Fachbereiches Multimateriale Fertigungsprozesse an der BAM: „Unsere Ergebnisse zeigen das große Potenzial, das in der additiven Fertigung steckt. Sie bringen uns einen bedeutenden Schritt näher zum Aufbau einer verlässlichen Infrastruktur auf dem Mond, wie sie die europäische Raumfahrtorganisation ESA plant.“

Das Projekt wird von der ESA im Rahmen des Discovery-Programms finanziert. Weitere Versuche mit der ESA und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) sind geplant.

Additive Fertigung Berlin Brandenburg – Projekt AMBER

AMBER, die Kurzform für Additive Manufacturing Berlin Brandenburg, fokussiert auf die zentrale Technologie der additiven Fertigung. Als Zukunftscluster liegt der Schwerpunkt von AMBER auf drei Schlüsselbereichen: personalisierte Medizintechnik, innovative Materialien und Verfahren für die additive Fertigung sowie die Anwendung von biobasierten Werkstoffen und additiver Fertigung im Weltraum.

Die Mission ist es, Partner aus der Hauptstadtregion und regionalen Netzwerken zu verbinden. Gestützt auf herausragende Forschungsergebnisse im Bereich der additiven Fertigung schafft AMBER ein inter- und transdisziplinäres Cluster, das Forschungseinrichtungen und Industrieakteure vereint. Die Vision ist die Etablierung eines innovativen Ökosystems für die additive Fertigung, das die Hauptstadtregion zum Motor für die schnelle Umsetzung von Forschungsergebnissen in innovative Anwendungen, die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle, nachhaltigen Kompetenzaufbau und die Schaffung von Arbeitsplätzen macht.

AMBER setzt den Fokus darauf, ein transparentes Ökosystem für die additive Fertigung in der Hauptstadtregion zu schaffen, ein starkes Innovationsnetzwerk für Unternehmer und Businessleute zu etablieren und eine Plattform zu entwickeln, die die vorhandenen Kompetenzen und Synergien optimal nutzt, während sie sich als regionale Dachmarke positioniert.

Derzeit werden Innovationen in der additiven Fertigung mit über 13 Millionen Euro Fördermitteln aus dem AMBER-Call unterstützt. Bis Ende 2025 werden mit insgesamt 25 regionalen Partnern aus Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Unternehmen Hightech-Innovationen geschaffen. 

Tradition trifft Innovation

Die Verbindung von etablierten Unternehmen, einer lebendigen Start-up-Szene und renommierten Forschungseinrichtungen in der Airport Region Berlin Brandenburg bietet Industrieunternehmen, die nach einem innovativen Umfeld suchen, ideale Strukturen. Der Industrie 4.0-Sektor umfasst dabei Bereiche wie additive Fertigung, Elektroindustrie, Maschinen- und Anlagenbau, Kunststoffe und Chemie sowie Metall und Ernährung. Unternehmen in diesen „traditionellen“ Industrien spielen eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung von Spitzentechnologien und fördern vernetzte Zulieferbeziehungen in der Hauptstadtregion.Weitere Informationen zur wirtschaftlichen Entwicklung der Wachstumsbranchen und zur Wirtschafts- und Technologieförderung für Unternehmen, Investoren und wissenschaftliche Einrichtungen erhalten Sie bei:

Melanie Gartzke I melanie.gartzke(at)airport-region.de

Quelle: Pressemitteilung Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) “3D-Druck verwandelt Mondstaub in Straßen “, 12. Oktober 2023; https://www.businesslocationcenter.de/amber, Stand 24.01.24