01.02.13

Raumfahrt

3-D-Drucker könnte die erste Mondbasis ausspucken

Esa-Forscher haben mit einem "Steindrucker" aus simuliertem Mondmaterial einen 1,5-Tonnen-Baustein hergestellt. Damit haben sie gezeigt, dass sich mit dieser Technik Gebäude auf dem Mond bauen lassen.

Von Norbert Lossau

Die zum Bau einer bewohnten Mondbasis benötigten Materialien lassen sich schwerlich komplett von der Erde einfliegen. Es wäre viel ökonomischer, wenn man auf dem Mond vorhandene Stoffe zum Bau von Gebäuden nutzen könnte.

Wissenschaftler der europäischen Weltraumagentur Esa haben gemeinsam mit Industriepartnern demonstriert, dass sich aus Mondgestein mithilfe von 3-D-Drucktechnik Gebäude auf dem Mond errichten lassen könnten. Beteiligt an dem Projekt sind auch die renommierten Architekten Foster&Partner.

Bei der 3-D-Drucktechnik werden Objekte von beliebiger Gestalt Schicht für Schicht aufgebaut. In der Industrie kommen solche Geräte schon seit Jahren zum Einsatz, und in jüngster Zeit wurde auch davon berichtet, dass sich kurios geformte Lebensmittel mithilfe von 3-D-Druckern herstellen lassen. Mit dieser Methode lassen sich Gegenstände von einer Komplexität erzeugen, wie dies mit herkömmlichen Techniken niemals erreicht werden kann.

Sechs Meter großer 3-D-Drucker

"Mit 3-D-Druckverfahren werden auf der Erde schon komplexe Gebäudestrukturen erzeugt", erläutert Laurent Pambaguian, der bei der Esa das Mondbauprojekt leitet. "Unser Unternehmenskonsortium hat untersucht, ob diese Technik in ähnlicher Weise für den Bau eines Mondhabitats genutzt werden könnte."

Die Forscher haben aus mondähnlichem Material mit einem sechs Meter großen 3-D-Drucker der britischen Firma Monolite einen 1,5 Tonnen schweren Baustein hergestellt. Schicht für Schicht erzeugte der Drucker, der sonst zur Herstellung von Skulpturen genutzt wird, mit seinen flexiblen Düsen den gewünschten Stein für eine mögliche Mondbasis.

"Wir haben buchstäblich um das Material herum designt", sagt Jethro Hon von Foster&Partners. "Das Ergebnis war eine hohle, geschlossene Zellstruktur, vergleichbar mit der von Vogelknochen, um eine gute Kombination aus Stabilität und Gewicht zu erhalten." Schließlich soll ein Gebäude auf dem Mond zum einen so stabil wie möglich sein, zum anderen aber auch so leicht wie möglich. Mit der 3-D-Drucktechnik lassen sich Gewichtseinsparungen von bis zu 95 Prozent erreichen.

Mondgestein aus italienischem Vulkan

Für wissenschaftliche Tests bieten Spezialfirmen simulierten Mondregolith an, der normalerweise je Kilogramm verkauft wird. Das Esa-Team benötigte für die Versuche aber mehrere Tonnen "Mondgestein". Glücklicherweise entdeckten die Forscher eine europäische Quelle für den simulierten Mondregolith. "Das Basaltgestein aus dem Zentralvulkan im Bolsenasee in Mittelitalien hat zu 99,8 Prozent Ähnlichkeit mit dem Mondboden", erklärt Pambaguian.

"Zunächst mussten wir das simulierte Mondmaterial mit Magnesiumoxid vermischen. Dadurch wird es zu, Papier', mit dem wir drucken können", erklärt Enrico Dini, der Gründer der Firma Monolite.

"Die strukturgebende ,Tinte' stellen wir mit der Zugabe eines bindenden Salzes her, welches das Material in einen steinartigen Festkörper verwandelt. Unser gegenwärtiger Drucker baut durchschnittlich etwa zwei Meter pro Stunde. Unser Modell der nächsten Generation sollte jedoch 3,5 Meter pro Stunde schaffen, womit innerhalb einer Woche ein komplettes Gebäude fertiggestellt werden könnte."

Drucken im Vakuum ist problematisch

Allerdings gibt es noch eine besondere Herausforderung, wenn mit der 3-D-Drucktechnik tatsächlich eine Mondbasis errichtet werden soll. Denn der Prozess basiert ja auf dem schichtweisen Auftragen von Flüssigkeiten, die dann mehr oder weniger schnell aushärten. Doch ungeschützte Flüssigkeiten verdampfen selbstverständlich im Vakuum, wie es auf der Oberfläche des Mondes herrscht.

Doch Giovanni Cesaretti von der italienischen Firma Alta ist sich sicher, dass sich dieses Problem lösen lässt. Alta arbeitet gemeinsam mit Wissenschaftlern der technischen Universität Scuola Superiore Sant Anna in Pisa an der Anpassung der 3-D-Drucktechnik für eine reale Mondmission.

"Wir haben die Düse des 3-D-Druckers unter der Regolithschicht eingefügt und herausgefunden, dass kleine, nur zwei Millimeter große Tröpfchen von den Kapillarkräften auf dem Boden festgehalten werden", sagt Cesaretti, "das bedeutet also, dass der Druckvorgang im Vakuum tatsächlich funktioniert."

Gedruckte Mondbasis ist machbar

Nach den erfolgreichen Experimenten mit simuliertem Mondmaterial sind sich die Esa-Wissenschaftler sicher, dass der Bau einer Mondstation mithilfe von 3-D-Schichtbauverfahren möglich sein wird.

"Der 3-D-Druck stellt eine potenzielle Möglichkeit dar, die von der Erde aus notwendige Logistik zu reduzieren und die Besiedlung des Mondes damit zu erleichtern", bilanziert der Esa-Forscher Scott Hovland, "die neuen Möglichkeiten, die sich mit diesem Projekt eröffnen, können dann von internationalen Raumfahrtbehörden als Teil der heutigen Entwicklung einer gemeinsamen Explorationsstrategie in Betracht gezogen werden."