Bedeuten 3D-Drucker in Raumstationen eine deutliche Kostensenkung?

Ich habe mir gerade ein VSauce2-Video angesehen , an dessen Ende bestimmte NASA-Animationen über einige ihrer jüngsten Innovationen gezeigt wurden. Einer davon war die Verwendung von Druckern in der ISS.

Bedeuten sie tatsächlich eine spürbare Kostensenkung? Ich meine, ich bin mir bewusst, dass es enorme Kosten verursacht, Ausrüstung an diese Orte zu bringen, und ich gehe davon aus, dass 3D-Drucker die Menge dieser Ausrüstung verringern können, da sie sie dort oben herstellen können.

Wozu dienen sie da oben genau ?

Jemand anderes kann dies möglicherweise finden, da ich es nicht kann, aber ich habe vor kurzem eine Geschichte über die NASA oder das US-Militär gelesen, die 3D-gedruckte Clips erstellt haben, um einige wirklich teure zu ersetzen, die sie von einer bestimmten Firma kaufen mussten, wodurch sie möglicherweise gerettet werden Tausende, wenn nicht Millionen.
Theoretisch ja. Wenn Sie genug Ausgangsmaterial für ein Werkzeug hätten, aber hundert Werkzeuge planen, die Sie benötigen könnten , dann würden Sie sich sparen, alle hundert Werkzeuge aufzutreiben, nur für den Fall, dass Sie sie brauchen.
Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, wofür sie verwendet werden, aber ich kann auf eine gewisse Logik hinweisen. Wenn Sie sicher sind, dass Sie einen Ersatzartikel benötigen, ist der 3D-Druck im Weltraum nicht effektiv. Wenn Sie sich jedoch nicht sicher sind, ob Sie den Gegenstand benötigen, können Sie die Entscheidung, ob Sie den Gegenstand in den Weltraum bringen oder nicht, auf später verschieben. Jeder Schraubenschlüssel oder jedes Werkzeug, das nicht hergestellt werden muss, verbleibt in einer wiederverwendbaren Materialform zur Verwendung für zukünftige Artikel. Die offene Frage wäre, ob genug dieser Wahlmöglichkeiten aufgeschoben werden können, um die Kosten für den Abfall und den Drucker zu bezahlen.
Mir geht das Bild eines angesehenen Physikers nicht aus dem Kopf, der an einem Konferenztisch sitzt und 3D-gedruckte Bauteile in ein Glas Eiswasser legt .

Antworten (5)

Ein 3D-Drucker an der Station führt wahrscheinlich nicht zu direkten Kosteneinsparungen; die Palette der Artikel, die es ersetzen kann, ist begrenzt, und es muss in jedem Fall mit Rohstoffmasse versorgt werden; es wird nicht wesentlich weniger Versorgungsstarts zulassen.

Der Hauptvorteil besteht darin, dass es die Reparatur eines Systems ermöglichen kann, auf das die Astronauten sonst bis zur nächsten planmäßigen Versorgung verzichten müssten - sei es ein nicht wesentlicher, aber praktischer Gegenstand oder ein wissenschaftliches Experiment oder möglicherweise sogar ein unternehmenskritisches oder sicherheitskritischer Teil. Dies würde sich deutlich auf den Return-on-Investment auswirken, aber das ist nicht dasselbe wie Kosteneinsparungen.

Allein die Stationierung eines Astronauten oder eines Experiments ist mit Kosten verbunden, sodass eine Zeitersparnis für ein Teil eines Experiments, das ansonsten verschoben oder nach der nächsten Lieferung wiederholt werden müsste, zu einer Kostenersparnis wird.
Das meine ich mit ROI. Es wird wahrscheinlich keinen Unterschied in der Gesamtzahl und dem Zeitpunkt der Starts machen, aber es kann einen Unterschied machen, was erreicht wird, während sie dort oben sind.
Ich habe eine neue Antwort hinzugefügt, aber dies könnte zu erheblichen Einsparungen bei der Versorgung führen. Das von mir erwähnte ERASMUS-Projekt ist das unmittelbarste Beispiel dafür. Es ist ein bisschen albern, dass die Einsparungen in Form von Feuchttüchern erfolgen, aber leider erscheinen solche dummen Dinge im Nachhinein oft offensichtlich. Ich werde gespannt sein, wie es weitergeht.

Der 3-D-Drucker auf der ISS dient eher Testzwecken als irgendetwas anderem. Die Idee ist, dass ein 3-D-Drucker es ihnen bei wirklich langen Missionen ermöglicht, etwas zu machen, falls etwas kaputt geht, oder sie erkennen, dass sie etwas brauchen, das ursprünglich nicht mit dem Schiff geliefert wurde. Bisher kann ich nur wenige Dinge finden, die hergestellt wurden, darunter eine Ratsche , mehrere Testgegenstände und ein Schraubenschlüssel . Es scheint, dass letzteres tatsächlich nach Bedarf verwendet wurde, der Rest sind nur Testartefakte. Es gibt viel Versprechen, ein 3-D-Drucker kann möglicherweise eine erhebliche Menge an Startgewicht einsparen , ganz zu schweigen von der Reduzierung der auf einem Schiff erforderlichen Ersatzteile, aber insgesamt versuchen sie immer noch genau herauszufinden, wie sie am besten verwendet werden können.

Wie bereits erwähnt, wird der wirkliche Nutzen für die Dinge liegen, die kaputt gehen, nicht lebenskritisch sind, aber früher als ein paar Monate benötigt werden, um das Teil vom Boden zu bekommen. Meines Wissens wurde der 3-D-Drucker schon einmal dafür verwendet, um ein Werkzeug zu drucken.

Ja, es wird einige Tests in der Mikrogravitation erfordern, bevor sich jemand auf sie verlassen würde (z. B. hängen die Kühlraten von der Konvektion ab, die Maßhaltigkeit hängt von der Kühlung ab, die Nützlichkeit hängt von der Genauigkeit ab). Genau wie jede andere neue Technologie, die in den Weltraum geht.
"Sparen Sie beim Startgewicht", nun, das setzt voraus, dass es aus Ressourcen vor Ort gebaut wurde ...
Nicht wirklich. Es ist einfacher, in großen Mengen zu verpacken, als etwas Zartes zu verpacken, Sie brauchen zum Beispiel weniger Schutz für einen Holzblock als für eine Figur.
@mb21Die eventuelle Möglichkeit, beim Startgewicht einzusparen, ergibt sich – wie ich es sehe – aus der Möglichkeit, Ausgangsmaterialien zu starten und zu lagern, die weniger als einen vollständigen Satz von Ersatzteilen für die Systeme umfassen, die Sie mit den Druckern warten werden. Das erfordert einen flexiblen und zuverlässigen Drucker und deckt nur Teile ab, auf die Sie es sich leisten können, einige Druckzyklen zu warten. Sie müssen viele Systeme unterstützen, um sicher zu sein, dass die benötigte Masse an Rohstoffen (plus Eventualitäten) wirklich geringer sein wird als das Bringen eines Lagers. Alles in allem ist es noch ein weiter Weg in die Zukunft, aber irgendwo muss man anfangen.
Und was die Kosteneinsparung betrifft, so gibt es ein enormes, wenn auch unwahrscheinliches Kosteneinsparpotenzial: die Vermeidung der Notwendigkeit eines Notstarts, um missionskritischen Ersatz bereitzustellen, der nicht bis zum nächsten geplanten Start verschoben werden kann.
@SF. Was beispielsweise bei einer zukünftigen bemannten Marsmission natürlich noch mehr von Vorteil sein wird.
@MichaelKjörling: ...in Anbetracht der optimalen Startfenster und der extremen Kostenaufschläge für jede Route, die "dringend" ist ...

Ich bin mit der Mehrheit der Antworten hier überhaupt nicht einverstanden - es gibt eine große Anzahl von NASA-SBIR-/anderen Zuschüssen der letzten Zeit, die zeigen, dass die Agentur fest davon überzeugt ist!

Derzeit ist der 3D-Drucker auf der Raumstation nichts als ein Forschungsdrucker und ein armer noch dazu. Die Firma, die es gebaut hat, wird von einem... nicht so netten Kerl geführt, der beim Bau keine gute Arbeit geleistet hat. Aus diesem Grund wurde es nur begrenzt genutzt.

Die primären Kosteneinsparungen könnten durch das Recycling der Materialien an Bord erzielt werden. Dies würde wiederverwendbare Utensilien, wiederverwendbare Werkzeuge (Werkzeug kaputt? Wenn Sie noch Material haben, kann es wiederaufbereitet werden), speziell angefertigte Teile für die Durchführung von Experimenten (Recycling macht dies überhaupt nicht verschwenderisch) und so weiter. Utensilien sind besonders nützlich - wenn sie recycelt werden können, werden sie desinfiziert, wenn das Material bei seinen üblichen Temperaturen geschmolzen wird! Derzeit müssen Astronauten alle ihre Utensilien mit Feuchttüchern waschen, da fließendes Wasser auf der ISS nicht die beste Idee ist. Dies erzeugt eine (urkomisch alberne) Menge an Abfall in Form von nichts als Feuchttüchern. Die müssen auch als Vorräte hochgeschickt werden. Und die Astronauten sagen, dass die Utensilien nach einer Weile ziemlich knorrig werden können ... so dass die Möglichkeit, recycelbare Einweg-Utensilien zu drucken, die Abfallerzeugung verringert, senkt den Versorgungsbedarf und erhöht die Lebensqualität (in gewissem Maße) für die Besatzung. Alles große Kosteneinsparungen!

Das Problem liegt nicht in der technischen Bereitschaft von 3D-Druckern für den Einsatz auf Raumstationen. Selbst der einfachste Drucker ist in seiner Standardform in der Lage, in Zero-G zu drucken. Das Problem, das einiges an Engineering erfordert, ist die Betthaftung und die Entfernung der Nebenprodukte, die durch das Schmelzen von ABS/PLA/Ultem-1010 entstehen. Diese Dämpfe können gefährlich sein und müssen durch Luftzirkulation aus dem Bauvolumen entfernt werden (oder müssen eingedämmt werden, während die Maschine läuft, und dann gespült werden).

ERASMUS ist die von mir erwähnte Utensilien-Recycling-Idee - hier kann man sehen, dass sie finanziert wurde: http://www.parabolicarc.com/2016/05/06/nasa-selects-tethers-unlimited-sbir-awards/

Beachten Sie, dass das gleiche Unternehmen/derselbe Geschäftsbereich dies derzeit auch baut – wahrscheinlich kein Zufall, sobald Sie eines davon herausgefunden haben, sind die anderen natürliche Weiterentwicklungen des Starter-Konzepts. Ordentliches Zeug! -

http://www.geekwire.com/2016/nasa-firmamentum-3-d-printer-recycler-space/

Ein 3D-Drucker bringt keine direkten Kosteneinsparungen, es ist billiger, ein vorgefertigtes Objekt auf den Markt zu bringen, als das Ausgangsmaterial, das zum Drucken benötigt wird (es gibt immer etwas Materialabfall beim 3D-Druck), plus das Gewicht des Druckers selbst.

Was ein 3D-Drucker bietet, ist die Fähigkeit, Prototypen zu erstellen. 3D-gedruckte Kunststoffe sind im Vergleich zu gegossenen Kunststoffen schwach und bei weitem nicht so stark wie Metall, Sie könnten sie nicht für tragende Zwecke verwenden. Sie können jedoch ein Teil drucken, prüfen, ob es funktioniert, und dann das Design optimieren. Sobald das Design richtig ist, kann das Design jemandem vor Ort übergeben werden, um es herzustellen und für eine spätere Nachlieferung hochzuschicken. Für nicht tragende Teile können Sie die 3D-gedruckten Materialien direkt verwenden, was bedeutet, dass Sie nicht für etwas bezahlen, das hergestellt werden soll. Es gibt den Astronauten auch die Möglichkeit, ihre eigenen Lösungen zu entwerfen und zu implementieren, was weniger Bodenunterstützung bedeutet. Diese können sich durchaus in Kosteneinsparungen niederschlagen, aber es ist unmöglich zu quantifizieren, wie viel.

Sie können aber auch Werkzeugstahl bedrucken. Herkömmliche Methoden sind jedoch noch genauer.
Sie können Stahl drucken, aber ich glaube nicht, dass das im Weltraum gut funktionieren würde. Ein 3D-Schokoladendrucker wäre jedoch ziemlich gut für die Moral!
@GdD Sie können zumindest einen Stahl-Selfie-Stick drucken.
3d printed plastics are weak...Davon bin ich nicht überzeugt, außer natürlich, wie stark verschiedene Strukturelemente oder verschiedene Stahlwerkzeuge usw. sein müssen. Ich habe vor etwa 8 Jahren ein kleines 3D-gedrucktes Artefakt als Geschenk erhalten, und es ist für viele schwer genug Zwecke. Gedruckt mit damals etwas älterer Technik, und ich vermute, die Technik hat sich deutlich verbessert. Aber es würde auch davon abhängen, wie der spezifische Drucker funktioniert und das Material.
Ich sollte diese Aussage wahrscheinlich etwas besser qualifizieren @user2338816. 3D-gedruckte Kunststoffe sind nicht so stark wie gegossene Kunststoffe, dies liegt an der Art und Weise, wie der 3D-Druckprozess funktioniert – aufeinanderfolgende Schichten werden aufgeschmolzen.
Ich konnte nicht umhin, an eine mögliche Lösung für das Wolowitz Zero-Gravity Waste Disposal System zu denken .

Ja und nein.

Nehmen wir an, dass der 3D-Drucker alles drucken kann, wenn er die gleiche Masse an Ausgangsmaterial hat. Nehmen wir auch an, es gäbe eine statische Verschwendung von 10 % beim Ausgangsmaterial für den Drucker.

Nun, mit diesen Regeln. Es ist in vielen Situationen teurer, den 3D-Drucker zu verwenden. Die 10% Verschwendung würden es total ruinieren. Es gibt jedoch zwei Bereiche, die sich wirklich lohnen würden.

  1. Es wäre billiger, 100 lbs Ausgangsmaterial und die Pläne für 1.000 1 lbs-Werkzeuge zu tragen, als 1.000 1 lbs-Werkzeuge zu tragen. Ersetzen Sie Werkzeuge durch irgendetwas.

  2. Es wäre billiger, 100 Pfund Ausgangsmaterial zu tragen und ein 990-Fuß-Blatt zu drucken, als zu versuchen, ein 990-Fuß-Blatt in den Weltraum zu fliegen.

Mit diesen beiden Beispielen können Sie nun beginnen, Beispiele zu extrapolieren, bei denen es möglicherweise besser ist, zu drucken als zu tragen.

Das eigentliche Problem ist, dass ein 3D-Drucker nicht einfach irgendetwas drucken kann. Es ist sehr begrenzt. Begrenzt durch Größe, Form, Material und Funktion (bewegliche Teile). Zum Beispiel kann man damit kein Motherboard bedrucken. Sogar Dinge wie ein Tennisball werden nicht passieren.

Warum also in den Weltraum mitnehmen? Nun, die größten Gründe, die ich sehen kann, sind, seine Nützlichkeit zu testen. Da ist Potenzial vorhanden. Und um damit einige Geräte zu ersetzen oder zu reparieren. Wenn Sie nur eine Unterlegscheibe benötigen, drucken Sie die Unterlegscheibe grundsätzlich aus. Starten Sie keinen weiteren Pod und evakuieren Sie die Station nicht, weil Sie eine winzige Unterlegscheibe benötigen.

Bedeuten 3D-Drucker in Raumstationen eine deutliche Kostensenkung?
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