Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit
Für die Herstellung von Infrastrukturkomponenten auf dem Mond werden Rohstoffe benötigt, die entweder von der Erde herangeschafft werden müssen oder auf dem Mond vorkommen. Letzteres erscheint bei der Umsetzung großer Bauprojekte im Vergleich zum Transport von der Erde besonders kosteneffizient. Ein Übersichtsartikel in der Zeitschrift Additive Manufacturing Frontiers von Wucheng Sun et al. „Additive Manufacturing of Lunar Regolith: A Review“ zeigt das große Potenzial des direkten Schmelzens von Regolith ohne Verwendung von Bindemitteln oder anderen Zusatzstoffen. Der Vorteil dieser Szenarien ist, dass nur die technologische Ausrüstung zum Mond transportiert werden muss. Die für das Schmelzen notwendige Energie kann durch die Sonneneinstrahlung auf dem Mond bereitgestellt werden.
Das Schmelzen großer Bauteile erfordert ein Mindestmaß an Produktivität, die durch das gleichzeitige großflächige Schmelzen von Regolith erreicht werden kann. Technologisch kann dies z.B. durch große Laserspots realisiert werden. Die in den Laserspots entstehenden Schmelzbäder bestimmen maßgeblich die Form der Bauteile. Der Einfluss der Gravitation insbesondere bei großen Laserspots ist noch unklar und soll im Rahmen dieser Parabelflugkampagne untersucht werden. Neben der Gravitation spielt auch die Benetzbarkeit des Pulvers durch die eigene Schmelze eine wichtige Rolle. Aus Experimenten früherer Parabelflugkampagnen und Laborversuchen ist bekannt, welche Regolith-Zusammensetzungen eher benetzbar sind und welche nicht. Durch die Variation des verwendeten Pulvers an den drei Flugtagen der Flugkampagne kann dieser Parameter variiert werden. Die Bedingungen der Schwerelosigkeit erlauben es, den Einfluss der Benetzbarkeit von dem der Schwerkraft bei der Schmelzbadbildung zu trennen. Es ist geplant, Regolith in einem Laserspot von ca. 10 mm Durchmesser zu schmelzen. Dazu soll ein Faserlaser mit einer maximalen Ausgangsleistung von 200 W eingesetzt werden. Intensitäten von 130 W/cm2 reichen aus, um Regolith zu schmelzen. Neben einzelnen Laserspots sollen auch Bahnen mit dem Laserspot abgefahren werden, was dem Aufbau von Bauteilen entspricht. Die gewonnenen Ergebnisse dienen auch der Vorbereitung von Experimenten für Parabelflugkampagnen die Mondschwerkraft simulieren.