Ich frage mich, ob die Struktur eines Mars-Oberflächen-Rover oder einer Sonde aus Kunststoffen auf der Erde in 3D gedruckt und dann für ihre Mission zum Mars transportiert werden könnte. Das heißt, 3D-gedruckt aus den heute gängigen Materialien (ABS, PLA, Nylon/Polyamid etc.) mit gängigen Techniken (FDM, SLA etc.).
Die Oberflächentemperaturen auf dem Mars sind meist eiskalt und sollten dafür sorgen, dass die Kunststoffe nicht schmelzen, was die erste Voraussetzung für den Erfolg wäre. Wenn es nicht vollständig aus Kunststoff hergestellt werden könnte, gibt es Teile des Fahrzeugs, die es sein könnten?
Folgende mögliche Probleme fallen mir ein:
Kunststoffe sind großartig, aber sie haben nicht den Temperaturbereich oder die Festigkeit von Metallen. Sie benötigen ein Material, das leicht ist, den Kräften eines Starts und Wiedereintritts widerstehen kann und in der Lage ist, bei extremen Temperaturen stark zu bleiben.
Viele Kunststoffe werden bei Kälte spröde. Der Mars wird nachts am wärmsten auf -60 ° C herunter , Marssonden können damit rechnen, wiederholt -100 ° C ausgesetzt zu werden, und an den Polen viel kälter. Nicht viele Kunststoffe bleiben bei dieser Temperatur duktil, was bedeutet, dass sie leicht brechen. Wenn Sie sich die im 3D-Druck verwendeten gängigen Kunststoffe und ihre niedrigste Formbarkeitstemperatur ansehen, haben Sie:
Dies sind großartige Materialien, weil sie bei einer relativ niedrigen Temperatur schmelzen, aber ihre anderen Eigenschaften sind nicht ideal.
Einige Kunststoffe haben einen viel niedrigeren Temperaturbereich, Acryl kann bis zu -150 ° C bleiben, ist jedoch nicht so stark, sodass es schwerer als Metall wird. Auf dieser Seite finden Sie ein praktisches Diagramm, das die Temperaturbereiche gängiger Kunststoffe zeigt.
Metall kann 3D-gedruckt werden, und Perseverance hat einige 3D-gedruckte Metallteile, ich weiß jedoch nicht, ob sie Teil der Struktur sind.
Der 3D-Druck spielt zweifellos eine Rolle bei der Erforschung des Mars, wenn wir Menschen dorthin schicken. Es wäre sehr gut, die Dinge herstellen zu können, da es weit weg von zu Hause ist.
Kunststoffe haben bestimmte Haltbarkeitsprobleme. Im Allgemeinen können Sie stärkere Materialien aus Zweikomponentenmaterialien herstellen – Glasfaser und Harz sind ein Beispiel, ebenso wie die Konstruktion von Kohlenstofffilamenten. Nylonzahnräder sind häufig glasgefüllt. Es ist eigentlich eine Mischung aus Nylon und feinen kurzen Glasfasern.
Der 3D-Druck hat den Vorteil, dass er schnell und nützlich für das Prototyping und die Überprüfung ist, ob die Teile zusammenpassen. Ich bin nicht beeindruckt von seiner Fähigkeit, nützliche Teile für kritische Anwendungen herzustellen.
Die Marsumgebung hat zwei Faktoren, die für Kunststoffe unfreundlich sind:
Hoher UV-Index. Während das Mars-Sonnenlicht etwa halb so stark ist, hat es keinen UV-Schutz. UV bricht die Bindungen im Kunststoff. Die gebrochenen Bindungen können entweder gebrochen bleiben oder sich vernetzen. Ersteres macht den Kunststoff schwach, zweiteres macht ihn spröde. Stellen Sie einen weißen Eimer in Lebensmittelqualität 3 Jahre lang in die Sonne und treten Sie ihn dann weg.
Niedriger atmosphärischer Druck. Viele Kunststoffe enthalten Lösungsmittel, um die Vernetzung absichtlich zu reduzieren. Dadurch werden sie nicht zu spröde. Sie können alten Kunststoff finden, der trotz Lagerung spröde geworden ist.
Beides kann durch Aufdampfen einer dünnen Metallschicht etwas gemildert werden. Daher das goldbeschichtete Mylar, das bei vielen Satellitenbaugruppen verwendet wird. (Gold wird häufig verwendet, weil es im IR einen hohen Emissionsgrad und im sichtbaren Bereich ein niedriges e aufweist, sodass es die Sonnenerwärmung wirksam reduziert.
Uwe
SF.
Jörg W Mittag
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Christopher James Huff
Harabeck