Pero meses después, tuvo lugar a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) un logro revolucionario. En el módulo del laboratorio Columbus de la ESA, se imprimieron probetas para ensayos de tracción que, ahora, eran piezas tridimensionales. Este avance concluye la fase de puesta en marcha de la primera impresora 3D de metales, en órbita de la Tierra.
Los astronautas ya pueden imprimir metales en el espacio, y esto cambiará muchas cosas en futuras misiones espaciales. Para empezar, ayuda a la idea de instalar una base en la Luna.
La impresión doméstica
En los últimos años, la impresión 3D se ha popularizado enormemente. Hoy es fácil hacerse con una impresora de plásticos, e incluso ya son muchos los chavales que piden a los Reyes Magos una para poder fabricarse en casa todo lo que su imaginación les proponga.
Con programas de diseño de software libre pueden dibujar cualquier tipo de pieza o figura y luego convertirla en realidad con una impresora casera. Esta democratización de la impresión 3D traslada la idea de que es una tecnología sencilla y que es muy fácil fabricar cualquier cosa.
La realidad es mucho más compleja cuando se pasa de plásticos a materiales compuestos, y aún más cuando hablamos de metales.
La dificultad de imprimir metales
La impresión 3D de metales requiere controlar decenas de variables adicionales: desde la potencia del láser hasta la densidad del material, pasando por la atmósfera de impresión y la velocidad de deposición, cada parámetro influye directamente en la calidad de la pieza final.
Además, los equipos necesarios son grandes y deben operar a temperaturas extremadamente altas, a veces por encima de los 1 600⁰ C, según la aleación. Adaptar esta tecnología al espacio, en dimensiones reducidas y condiciones de microgravedad, ha sido uno de los mayores desafíos a superar.
La ‘falta’ de espacio
Hay distintos métodos de impresión 3D de metales, la mayoría basados en polvos metálicos.
Sin embargo, para imprimir metales en el espacio se ha optado por la tecnología de deposición dirigida de energía (DED) y usando hilos metálicos en vez de polvos. Este método se desarrolla a partir de la técnica laser cladding, utilizada tradicionalmente para recubrimientos metálicos y reparación de defectos superficiales en piezas industriales.
Con DED, un hilo metálico se deposita capa por capa mientras un láser de alta energía funde de manera localizada el material, logrando una densificación completa de la pieza.
Los alambres metálicos utilizados con esta técnica son menos peligrosos de manipular en el espacio que los polvos, pero también requieren de grandes equipos, y de la necesidad de fundir, con un láser.
La aparición del diseño de piezas por ordenador y de los robots industriales hicieron que esta tecnología evolucionara desde el laser cladding al DED, permitiendo fabricar piezas en tres dimensiones de gran tamaño. Posiblemente “la pieza” más grande que se ha manufacturado sea un puente de acero inoxidable de 4,5 toneladas que ha estado colocado durante un tiempo, como demostrador, sobre uno de los canales de Ámsterdam.
Imprimir hilos metálicos fundiendo con un haz láser no es una cosa trivial, por culpa del elevado número de variables que hay que controlar (muchas vinculadas al material que se va a imprimir, otras al tipo y potencia del láser, otras a variables de impresión, etc.). Son tantas, que incluso en la Tierra es complicado el proceso. Hacerlo en condiciones de falta de gravedad, y con una impresora de reducido tamaño que quepa en una nave espacial, complica mucho más las cosas.
Del tamaño de un microondas
El primer problema fue desarrollar una impresora que pudiera instalarse en la Estación Espacial Internacional ocupando no más espacio que una lavadora. Al final, el consorcio detrás del proyecto consiguió que la impresora pesara “tan solo” 180 kg y ocupara 80 × 70 × 40 cm, casi lo que ocupa un microondas. No existe información de la potencia del láser, pero para fundir acero inoxidable se necesitan láseres de más de 500 W.
El proceso se realizó en una atmósfera de nitrógeno, con una evacuación exhaustiva del oxígeno de la cámara de impresión.
La impresora fue instalada durante una misión en enero de 2024, pero no fue hasta junio cuando se consiguió imprimir una línea curva en forma de “S”.. Con esa “S” se validó la posibilidad de imprimir, al menos, en dos dimensiones. ¡Ahora había que demostrar que se podía pasar del 2D al 3D! Y eso ocurrió en el mes de agosto, cuando se obtuvo la primera muestra en tres dimensiones. A finales del año 2024 se consiguieron las piezas definitivas.
El objetivo era demostrar que es posible fabricar piezas metálicas en microgravedad. Ahora es el momento de caracterizar la microestructura que se ha formado y las propiedades mecánicas de las piezas impresas en órbita, y compararlas con lotes de referencia idénticos impresos en la Tierra. De este modo es posible estudiar efectos de la microgravedad en la porosidad, solidificación, anisotropías (características físicas o de otro tipo que varían según la dirección en la que se miden) y propiedades mecánicas.
Las piezas impresas ya han viajado hasta la Tierra para distintos ensayos. Hasta ahora no conocemos los resultados, pero esperemos pronto verlos publicados en alguna revista científica importante.
Fabricación metálica en órbita: clave para exploración espacial
Imprimir metales en el espacio representa un avance significativo hacia la autosuficiencia de las misiones espaciales, especialmente en exploraciones de larga duración como las que se proyectan hacia la Luna o Marte.
La capacidad de imprimir componentes in situ reduce la dependencia de costosos envíos desde la Tierra y facilita reparaciones inmediatas y adaptaciones rápidas a necesidades imprevistas durante misiones espaciales.
Hasta ahora, que se rompa un componente metálico en el espacio, es un problema muy grave: se calcula que el tiempo necesario para hacer llegar un componente, de forma urgente, a la estación espacial, es de 1 año.
Además, la fabricación de metales en microgravedad impulsa la innovación tecnológica y abre la puerta a misiones más largas y autónomas.
Ir más allá
La capacidad de producir piezas directamente en el espacio es esencial para la exploración profunda, ya que garantiza que los equipos críticos puedan mantenerse operativos sin esperar abastecimiento, haciendo el vuelo espacial humano más viable y sostenible.
Este avance también contribuye a crear una economía circular en el espacio, permite el reciclaje de materiales y la fabricación de nuevas herramientas a partir de recursos existentes.
Un pequeño paso para la tecnología, pero un gran salto para la exploración espacial.
José Manuel Torralba, Catedrático de la Universidad Carlos III de Madrid, IMDEA MATERIALES
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
