La NASA estudia la soldadura por haz láser para la fabricación aditiva en el espacio

La NASA lleva explorando las posibilidades de la fabricación aditiva desde finales de los años noventa. Al inicio, imprimían en 3D con plásticos y, a principios de los 2000, empezaron a utilizar metal para prototipos. En la década de 2010, la NASA ya imprimía motores de cohetes en 3D. Ahora, están probando la viabilidad de utilizar la soldadura por haz láser en el espacio, una tecnología que puede lograr la fabricación aditiva. La NASA ya había soldado en el espacio, pero no desde la misión Skylab de 1973. Con la demanda de fabricación espacial en aumento, la NASA está volviendo a esta tecnología, pero esta vez utilizando la soldadura por haz láser. En concreto, el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville (Alabama) y la Universidad Estatal de Ohio en Columbus pretenden simular la fabricación en el espacio con una colaboración de soldadura por haz láser. La iniciativa está financiada en parte por Marshall y se ha prolongado durante más de dos años, con la participación de estudiantes y profesores del Estado de Ohio e ingenieros de todos los centros de la NASA.

La soldadura por haz láser es un tipo de deposición de energía directa, que suele utilizarse para reparaciones o para crear piezas desde cero. El proceso consiste en que un láser funde material, normalmente metal, mientras es depositado por la boquilla. Para la fabricación espacial, la soldadura por haz láser y otros procesos afines pueden utilizarse para reparaciones, pero también podrían construir estructuras demasiado grandes para los volúmenes actuales de carga útil de los lanzamientos. La soldadura en el espacio podría acelerar la construcción de grandes hábitats en órbita terrestre baja, estructuras de naves espaciales para la seguridad de los astronautas, etc.

Científicos e ingenieros del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, que participaron en agosto en el estudio de soldadura por rayo láser, delante del plano parabólico utilizado para las pruebas. (Créditos: NASA, Casey Coughlin)

Según un artículo publicado por la NASA, el proyecto entre Marshall y Ohio State pretende comprender los procesos físicos de la soldadura en la superficie lunar. Esto incluye la investigación de los efectos de la soldadura por haz láser en un entorno combinado de vacío y gravedad reducida. Al comprender cómo podría funcionar la tecnología en un entorno así, el equipo espera aumentar las capacidades de fabricación en el espacio. Esto permitiría ensamblar grandes estructuras o realizar reparaciones en la Luna.

Proceso de soldadura por haz láser en la NASA

Andrew O’Connor, científico de materiales de Marshall, es el director técnico de la NASA para el proyecto. También ayuda a coordinar el esfuerzo entre la NASA y el Estado de Ohio. O’Connor explica el giro hacia la soldadura: “Durante mucho tiempo, hemos utilizado cierres, remaches u otros medios mecánicos para mantener unidas las estructuras que ensamblamos en el espacio. Pero estamos empezando a darnos cuenta de que si realmente queremos uniones fuertes y que las estructuras se mantengan unidas cuando se ensamblan en la superficie lunar, es posible que necesitemos soldadura en el espacio”.

Así pues, los investigadores probaron la soldadura en condiciones espaciales simuladas, como la temperatura y la transferencia de calor en el vacío o el tamaño y la forma de la zona fundida bajo un haz láser. También analizaron el aspecto de la sección transversal de la soldadura una vez solidificada y cómo cambian las propiedades mecánicas de las soldaduras realizadas en condiciones ambientales como las de la superficie lunar. Según O’Connor, mediante una combinación de experimentos y modelos informáticos, el equipo es capaz de predecir las soldaduras en el espacio cuando aún están en tierra.

Los Programas de Ingeniería de Soldadura y Capstone Multidisciplinar de Ohio State y el Laboratorio de Materiales y Procesos de Marshall realizaron soldaduras con haz láser de fibra de alta potencia en agosto de 2024, a bordo de un avión comercial que simulaba gravedad reducida. Realizando maniobras de vuelo parabólico, el avión fue capaz de crear unos 20 segundos de gravedad reducida. A continuación, los miembros del equipo realizaron experimentos de soldadura láser en un entorno simulado tanto a baja órbita terrestre como a gravedad lunar. El equipo recopiló datos mediante una red de sensores durante las pruebas, y el análisis de estos datos les ayudará a comprender los efectos de los entornos espaciales en el proceso de soldadura y el material soldado.

El equipo de investigación en el avión de gravedad cero. (Créditos: Tasha Dixon)

Will McAuley, estudiante de ingeniería de soldadura de Ohio State, habló del éxito de la misión. “Durante los vuelos completamos con éxito 69 de las 70 soldaduras en condiciones de microgravedad y gravedad lunar, realizando una campaña de vuelo totalmente satisfactoria”. Más allá del desarrollo de la economía en el espacio, el trabajo del investigador sobre la soldadura por haz láser será útil para comprender cómo se produce esta tecnología en la Tierra, mejorando los procesos de soldadura de los productos manufacturados. Para saber más sobre el proyecto de Marshall con Ohio State, haz clic aquí. 

¿Qué piensas del estudio llevado a cabo por la NASA sobre la soldadura por haz láser? Deja tus comentarios en nuestras redes sociales: Facebook, LinkedIn y Youtube. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.

*Foto de portada: el equipo supervisa la soldadura por rayo láser en una cámara de vacío durante un vuelo parabólico del Boeing 727. (Créditos: Tasha Dixon)