Ist eine 3D-gedruckte Wetterstation genauso effizient wie eine herkömmliche?
In den Vereinigten Staaten haben Forscher eine Wetterstation mit 3D-gedruckten Teilen wie Feuchtigkeitssensoren entwickelt, die es ihnen ermöglicht, die mit einer solchen Installation verbundenen Kosten drastisch zu senken. Aber ermöglicht der Einsatz der additiven Fertigung immer noch Analysen und Ergebnisse, die genauso genau sind wie die, die mit einer traditionellen Station erzielt werden? Wie steht es mit der Wetterbeständigkeit von 3D-Druckteilen, die von allen Außenbedingungen und Klimaschwankungen beeinflusst werden? Dies ist das Thema der Studie des Argonne National Laboratory, das seine 3D-Drucklösung in Oklahoma getestet hat: Die 3D-gedruckte Wetterstation scheint ebenso effizient und präzise zu sein, zeigt aber nach 5 Monaten Anzeichen von Schwäche.
Wetterstationen sind heute sehr nützlich, um Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, Niederschlag, Luftfeuchtigkeit usw. an einem bestimmten Ort zu überwachen. Sie sind manuell oder automatisch und bestehen aus Sensoren und verschiedenen Instrumenten, die Analysen und physikalische Messungen in Echtzeit ermöglichen. Die Systeme können auch leistungsfähige Werkzeuge für die Forschung zu Themen von der Landwirtschaft bis zur Erzeugung erneuerbarer Energien sein. Doch auch wenn die Stationen in jeder Hinsicht interessant sind, sind sie in der Regel doch Tausende von Euro wert, was ihre Verfügbarkeit und damit die Menge der gesammelten Klimadaten einschränkt. Mit dem Aufkommen und der Zunahme der additiven Fertigung, die es heute ermöglicht, eine Vielzahl von Teilen zu konstruieren, haben sich einige Forscher gefragt, ob sie nicht die Kosten dieser Systeme durch das Drucken bestimmter Komponenten in 3D senken und eine kostengünstigere Alternative anbieten könnten.
Die meisten der heute verwendeten Systeme sind teuer | Bildnachweis: Michal Osmenda, CC by-sa 2.0
Adam K. Theisen, ein Atmosphären- und Erdwissenschaftler am Argonne National Laboratory, leitete das Projekt der 3D-gedruckten Wetterstation. Er erklärt, dass er sie acht Monate lang mit einer herkömmlichen Station verglich, um zu sehen, ob sie genauso genau ist und verschiedenen Wetterbedingungen standhalten kann. Er fügt hinzu: „Ich hatte nicht erwartet, dass diese Station so gut funktionieren würde, wie sie es tat. Auch wenn sich die Komponenten zu zersetzen begannen, zeigen die Ergebnisse, dass diese Art von Wetterstation auch für kürzere Kampagnen geeignet sein könnte.“
Die 3D-gedruckte Wetterstation würde aus etwa 100 Teilen bestehen, die in 3D mit ABS gedruckt sind, einem Material, das wegen seiner besseren Beständigkeit gegenüber Witterungs- und Außenbedingungen im Vergleich zu PLA bevorzugt wird. Bei zu viel Sonnenlicht neigt das Material jedoch zur Vergilbung. Man kann sich vorstellen, dass sich das Team für einen relativ erschwinglichen Thermoplast entschieden hat, mit dem Ziel, die Kosten der Wetterstation zu senken. Der 3D-Druck wurde an der Universität von Oklahoma im Anschluss an die Open-Source-3D-Dateien durchgeführt, die von der Initiative 3D-PAWS (3D-Printed Automatic Weather Station) entwickelt wurden. Sobald die Teile fertig und montiert waren, konnte das Experiment beginnen: Von Mitte August bis Mitte April des folgenden Jahres maßen die Sensoren der Station Temperatur, Druck, Regen, UV-Strahlung und relative Luftfeuchtigkeit mit hoher Genauigkeit. Beachten Sie, dass das System während dieser Zeit starkem Regen, Schnee und Temperaturen von -10 bis 40°C ausgesetzt war, was die Analysen und das Kunststoffmaterial nicht daran hinderte, all diesen Schwankungen standzuhalten. Das Team weist darauf hin, dass nur der gedruckte 3D-Anemometer, ein Gerät zur Messung der Windgeschwindigkeit, keine guten Ergebnisse lieferte.
Links ein 3D-gedruckter Ultraviolett-Index-Sensor: Die Vergilbung des Teils ist auf eine zu starke Sonneneinstrahlung zurückzuführen.
Fünf Monate nach Beginn des Experiments begann die Station Anzeichen von Schwäche zu zeigen: Der Sensor für die relative Luftfeuchtigkeit korrodierte und versagte, und einige Teile zersetzten sich schließlich oder brachen. Der Vorteil des 3D-Drucks besteht jedoch darin, dass das beschädigte Teil schnell und einfach wieder hergestellt werden kann, wobei bei Bedarf sogar das Design geändert werden kann. Man könnte sich also vorstellen, dass eine in 3D-gedruckte Wetterstation nach einigen Monaten repariert oder optimiert wird, natürlich abhängig von den Gesamtkosten. Adam K. Theisen sagt: „Wenn Sie davon sprechen, zwei oder drei dieser billigen gedruckten 3D-Sensoren zu ersetzen, anstatt einen 1.000-Dollar-Sensor pro Jahr zu warten und zu kalibrieren, ist das eine sehr kosteneffektive Sache, die man in Betracht ziehen sollte.“
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