Guía completa: La impresión 3D en gravedad cero, ¡te explicamos todo!

Desde el comienzo de la exploración espacial, la curiosidad sobre el universo ha sido una fuerza que impulsa la innovación y el progreso tecnológico. Instituciones como la NASA y empresas privadas como SpaceX y Relativity Space han desarrollado misiones que amplían los límites de nuestra comprensión del espacio. A la vanguardia de esta búsqueda se encuentra la impresión 3D en gravedad cero. Una tecnología que tiene el potencial de mejorar significativamente la fabricación terrestre y se espera que redefina las operaciones en el ámbito del espacio.

La impresión 3D en gravedad cero, o microgravedad, se refiere al proceso de fabricación aditiva en el entorno único del espacio donde los efectos de la gravedad son mínimos. Este método, que solo era teórico antes de que se enviara la primera impresora 3D al espacio en 2014, permite la producción de herramientas, piezas e incluso estructuras completas directamente en órbita. Un planteamiento puede reducir la necesidad de misiones de reabastecimiento costosas y logísticamente complejas desde la Tierra. A diferencia de la impresión 3D tradicional, que se basa en la gravedad para mantener los materiales en su lugar, la impresión 3D en microgravedad debe adaptarse a los desafíos únicos del espacio.

La primera pieza impresa en 3D en el espacio (créditos: NASA)

A medida que la impresión 3D en el espacio continúa avanzando, este método se ve cada vez más como una solución convincente para misiones espaciales de larga duración donde llevar piezas de repuesto y herramientas para cada necesidad potencial no es práctico. Pero, ¿cómo funciona este método de fabricación? ¿Qué desafíos seguimos enfrentando cuando se trata de la impresión 3D en el espacio? Echemos un vistazo más de cerca.

El comienzo de la impresión 3D en gravedad cero

Para entender la impresión 3D en el espacio, primero tenemos que entender su historia. El surgimiento de la impresión 3D en el espacio se remonta a los primeros experimentos realizados por la NASA y sus socios comerciales cuando trabajaban explorando el papel de la impresión 3D en el espacio. Uno de los primeros hitos importantes se logró en 2014 cuando Made In Space instaló y operó con éxito la primera impresora 3D a bordo de la Estación Espacial Internacional. Esta impresora utilizó la tecnología de fabricación con filamento fundido (FFF) para producir varias herramientas y piezas.

Desde entonces, se han realizado numerosos avances, incluido el desarrollo de capacidades de impresión 3D en metal por parte de la Agencia Espacial Europea (ESA) y otras organizaciones, así como la investigación sobre la bioimpresión en gravedad cero. Solo este año se han logrado varios hitos importantes. Un ejemplo es la impresora 3D SpaceCAL de UC Berkeley que imprimió con éxito piezas de plástico en órbita. Incluso la Agencia Espacial Europea (ESA) que completó con éxito la impresión 3D de metal a bordo de la Estación Espacial Internacional, entre muchos otros.

¿Cuáles son los desafíos actuales?

El hecho de que se haya recorrido un largo camino no significa que no existan obstáculos significativos. De hecho, la gravedad cero del espacio afecta a los procesos de impresión 3D de varias maneras. En la Tierra, la gravedad ayuda en el proceso de estratificación manteniendo el material en su lugar. En el espacio, la ausencia de gravedad significa que los materiales deben controlarse cuidadosamente para evitar que floten o se deformen. Esto requiere que se consideren cuidadosamente las propiedades del material y la mecánica de la impresora para garantizar que cada capa se adhiera correctamente sin la ayuda de la gravedad.

Además, la gestión de la disipación de calor, la facilitación de la extrusión desde la boquilla de la impresora y el tratamiento de un comportamiento más impredecible de los líquidos y materiales fundidos en el entorno de microgravedad presentan desafíos. Esto implica hardware especializado, adaptaciones de software y formulaciones de materiales únicas para adaptarse a las condiciones del espacio, lo que presenta un obstáculo propio en términos de costos.

La impresora 3D SpaceCAL Microgravity. (Créditos de la foto: Virgin Galactic)

Los obstáculos adicionales incluyen el control de calidad y la consistencia. Garantizar la integridad estructural de las piezas impresas en el espacio es un desafío cuando estas piezas deben cumplir con estrictos estándares de seguridad y funcionalidad para su uso en naves espaciales. La gestión de recursos también es fundamental, dado el limitado suministro de materias primas y energía en las misiones espaciales. Además, las propias impresoras 3D deben estar diseñadas para soportar las duras condiciones del espacio. Factores como la radiación, las temperaturas extremas y el entorno de vacío, deben tomarse en cuenta para que las impresoras funcionen de manera fiable durante largos períodos sin mantenimiento ni reparaciones. Esto requiere una gran consideración de la logística de transporte, ya que cada kilogramo lanzado al espacio aumenta significativamente el coste de la misión.

Es por esa razón que hemos visto numerosas investigaciones y desarrollos en este campo en los últimos años. Hay impresoras 3D en la ISS y la recientemente lanzada Ariane 6 también presentará soluciones de fabricación aditiva para probar los resultados en microgravedad. Se espera que las pruebas exhaustivas y la adaptación en un entorno de microgravedad ayuden a avanzar rápidamente en la tecnología.

Aplicaciones y beneficios

A pesar de estos obstáculos, la impresión 3D en el espacio ofrece un potencial transformador para la exploración espacial y la habitación, por lo que está siendo tan investigada. Una de las aplicaciones más importantes es la capacidad de fabricar herramientas, piezas de repuesto y estructuras complejas directamente en órbita. Esta capacidad aborda el desafío de transportar todos los artículos necesarios desde la Tierra, lo que es costoso y requiere mucho tiempo. Por ejemplo, si una herramienta esencial se rompe a bordo de la EEI, los astronautas pueden imprimir un reemplazo bajo demanda, lo que garantiza la continuidad de la misión sin esperar a la próxima misión de reabastecimiento. Este beneficio se extiende a los componentes críticos de la nave espacial, lo que permite reparaciones y mantenimiento inmediatos, resultando en una mayor seguridad y eficiencia de las misiones espaciales.

Además, el uso de la impresión 3D en el espacio abre varias nuevas vías para aplicaciones médicas en el espacio exterior. Los astronautas en misiones de larga duración se enfrentan a desafíos de salud únicos, y tener la capacidad de imprimir dispositivos médicos y suministros adaptados a sus necesidades puede salvar vidas. Por ejemplo, se pueden producir férulas in situ, yesos e incluso instrumentos quirúrgicos personalizados. Además, hay investigaciones en curso sobre la viabilidad de la impresión 3D de alimentos en el espacio.

Más allá de las necesidades inmediatas de los astronautas, esta tecnología también podría allanar el camino para la futura construcción de hábitats espaciales. Utilizando materiales de origen local, como el regolito en la Luna o Marte, la impresión 3D podría permitir la construcción de varias estructuras, reduciendo la dependencia de la Tierra para los materiales de construcción. Permitiendo así una presencia humana más sostenible y a más largo plazo en el espacio.

Aleph Farms, que anunció en 2019 su proyecto de imprimir carne en 3D a bordo de la Estación Espacial Internacional. (Créditos: Aleph Farms)

Pero los beneficios de la impresión 3D en el espacio también se extienden a la Tierra. La investigación y el desarrollo realizados en el espacio a menudo conducen a avances tecnológicos que se pueden aplicar en nuestro planeta. Las innovaciones en las técnicas de fabricación desarrolladas para aplicaciones espaciales pueden traducirse y mejorar los procesos industriales en la Tierra, lo que lleva a métodos de producción más eficientes y rentables. Además, la experiencia adquirida en la fabricación en entornos extremos puede traducirse en una mejor resiliencia y adaptabilidad en diversos sectores, como la industria automotriz, aeroespacial y médica. Debido a esto, la impresión 3D de gravedad cero no solo respalda el futuro de la exploración espacial, sino que también impulsa el progreso y la innovación en la Tierra.

El futuro de la impresión 3D en el espacio

Es probable que futuros avances se centren en ampliar la gama de materiales que se pueden imprimir en el espacio. Materiales como los metales y composites de alto rendimiento, permitirían la creación de estructuras y equipos más complejos y duraderos. A medida que la tecnología evoluciona, podemos anticipar el desarrollo de impresoras a gran escala capaces de fabricar componentes completos de naves espaciales directamente en el espacio. Esto reduciría significativamente la necesidad de lanzamientos desde la Tierra además de que se amplía la duración de las misiones. Aunque se podrían argumentar que la impresión 3D en el espacio aún está en pañales para poder hacer estas predicciones, el potencial de la impresión 3D en microgravedad es, sin duda, vasto y transformador.

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