La idea parece de ciencia-ficción, pero hace ya tiempo que está encima de la mesa de muchas agencias. La impresión en 3D en Marte usando los propios materiales que nos vaya a ofrecer el planeta no es ninguna broma, y de ello pueden depender los hábitats y las herramientas que vayan a utilizar los primeros astronautas que completen la gran hazaña de pisar el planeta rojo.
Pero claro, eso es todo un desafío. ¿Cómo podemos estar planeando la impresión de material en 3D que provenga de otro planeta sin haber ido a él? ¿Qué garantías tenemos de que los astronautas podrán utilizar esas impresoras adecuadamente en Marte en otros planetas o incluso en el vacío del espacio si hace falta? Para intentar despejar todas estas dudas hemos hablado con Advenit Makaya, uno de los ingenieros responsables de desvelar todos los secretos de la impresión 3D espacial en la Agencia Espacial Europea.
La carrera de Advenit es meteórica. Nacido en Brazzaville, Congo y criado en Francia, tiene un un Máster en Ingeniería General por la Escuela Central de Lyon y otro máster más en procesado de materiales por el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo. En esa última materia también tiene un doctorado, y ha hecho investigaciones de postdoctorado analizando las estructuras de los materiales de los motores que funcionan en grandes aviones.
Makaya llegó a la ESA en 2014, y desde ese momento aplica toda su experiencia investigando los materiales que harán falta en el futuro de la exploración espacial. Y para él, una de las herramientas clave tanto en el espacio como en otros planetas son las impresoras 3D. Veamos sus respuestas.
"Estamos pasando al lado más serio de la impresión 3D como la estndarización y la certificación"
Cuando normalmente alguien se imagina una impresora 3D suele pensar en las clásicas impresoras de filamento de plástico, las comerciales que cualquiera se puede comprar ahora mismo. Estamos seguros que hay muchas cosas que han mejorado a nivel más profesional, ¿qué es lo que ha cambiado en las impresoras y en el proceso de impresión en los últimos cinco años?
Lo principal es que ha habido un aumento en la cantidad de materiales que puedes usar para imprimir objetos en 3D. Además cada vez hay más empresas interesadas, y a su vez hay más interés en encontrar nuevos materiales o combinaciones de materiales. Gracias a esos materiales, las impresoras son capaces de producir estructuras cada vez más grandes y complicadas.
También ha pasado que el hype sobre este asunto se está reduciendo lentamente, al menos en el sector aeroespacial, y estamos pasando a ver el lado más serio de la impresión 3D como la estandarización y la certificación de los materiales y procesos. En otras palabras, nos estamos asegurando de que todo esté preparado para volar y resistir las inclemencias del espacio exterior. Hay que tener en cuenta que ahí fuera no podemos reparar nada como lo podemos hacer en la Tierra. Tienes que estar seguro de que todo va a ir bien desde el comienzo.
En la ESA no utilizamos impresoras 3D pero confiamos en actores europeos que nos proporcionan piezas impresas. Ahí puedes ver cómo ya se imprimen piezas metálicas, con metal que se funde e imprime mediante láseres. Y eso ya no se hace en una impresora 3D "clásica", si no con impresoras más sofisticadas y en atmósferas protectoras para no dañar el metal. Es caro, se necesita mucha energía para ello, depende de muchas regulaciones... pero vamos avanzando. Ahora mismo estamos pensando en imprimir partes muy grandes como componentes de 3 metros de diámetro para un telescopio.
Velocidad, precisión... ¿qué es lo que cambia en cuanto a esos parámetros?
Lo que ha mejorado mucho es la precisión, más que la velocidad. Ahora somos capaces de imprimir estructuras con mucho más detalle, y al mismo tiempo de mayor tamaño. La velocidad no es algo que cuente en ese avance... puedes jugar con varias técnicas para mejorarla, pero lo que importa de verdad es la precisión con la que puedes imprimir los materiales.
"Hay que buscar el modo de conservar el polvo de metal en el espacio exterior"
¿Qué condiciones debe tener un material que pueda usar una impresora 3D más allá de la Tierra?
Las condiciones que tiene que soportar un material en el espacio son probablemente son las más duras con las que se puede trabajar en ingeniería. Estás en el vacío del espacio, y materiales como los plásticos sufren de pérdida de gases o incluso los líquidos que tienen en su interior pueden evaporarse.
Eso no ocurre con el metal, que es mucho más resistente en esas condiciones. El problema que hay es que se imprime a partir de polvo de metal, y si hay que trabajar con ese polvo en una nave espacial hay que buscar el modo de conservarlo bien sin que haya escapes que dañen la maquinaria en gravedad cero. Y no hablemos ya de otros desafíos como las fuertes diferencias de temperatura (que pueden ser de centenares de grados centígrados) o la radiación solar que entra en las naves sin la protección de nuestra atmósfera. La dilatación térmica también afecta la integridad de la estructura que se haya imprimido, por ejemplo.
Tampoco hay que olvidarse de algo importante: proteger la impresora 3D de inclemencias como una lluvia de micrometeoritos. Al caer en la tierra se deshacen en la atmósfera, pero en órbita pueden dañar gravemente cualquier estructura. Eso puede solucionarse creando una estructura que proteja la impresora y sea capaz de absorber los daños de esos micrometeoritos.
A largo plazo, nuestro objetivo es mandar impresoras en la Luna o Marte para que impriman los hábitats y las estructuras protectoras de los primeros astronautas.
¿Cómo podemos resolver los problemas de imprimir en 3D en otros planetas? ¿Qué es lo que necesitamos hacer a día de hoy para ver una impresora 3D trabajando en órbita o en otro planeta?
Muy buena pregunta. Estamos haciendo experimentos en la Tierra para ver cómo podemos evitar cualquier efecto del polvo lunar o marciano con esas estructuras de las que hablaba. Los astronautas de la misión Apolo, por ejemplo. reportaron que el polvo de la Luna estaba cargado eléctricamente. Además era radioactivo, muy abrasivo, con puntas muy afiladas y se pegaba en todas partes. Claro, la arena terrestre se erosiona con la lluvia, el viento, la fricción... pero en la luna no hay nada de eso.
Las máquinas y estructuras tienen que ser capaces de soportar vientos y tormentas llenas de este polvo. Jugamos con factores como la baja presión de la atmósfera marciana, la microgravedad y sus grandes nubes de polvo.
Dime algún ejemplo de componentes o piezas reales que hayáis impreso en 3D para casos de uso real, o incluso en misiones
Pues te puedo decir por ejemplo que hemos impreso las estructuras que mantienen sujetas las placas solares de algunos satélites, todo realizado en metal. También hemos hecho componentes para los cohetes Vega, fabricados en aleaciones de plástico. Tenemos un tubo de ventilación hecho en polímero y reforzado con fibra de carbono.
"En otro planeta estás forzado a usar la mínima cantidad de energía posible"
¿Qué beneficios nos trae la impresión 3D en la exploración espacial en nuestra vida? ¿Podemos aprender algo que nos beneficie en la Tierra de todo esto?
Estamos pensando en esto. Ahora mismo la impresión 3D en otros planetas es simplemente algo que se estudia y se investiga, nada más. Pero aún así, el simple hecho de encontrar la forma de imprimir estructuras en otros planeta nos puede ayudar a desarrollar procesos de fabricación sostenibles.
En otro planeta estás forzado a usar la menor cantidad de energía y recursos posibles. Además, tienes que procurar producir la mínima cantidad de residuos posibles, tienes que aprovechar todos los recursos de la mejor forma posible, porque en Marte no vas a tener una central nuclear de la que apoyarte. En caso de emergencia, es la impresora 3D la que puede producir las piezas de recambio necesarias.
También podemos hablar de beneficios en cuanto a la automatización. En Marte tendremos que controlar una impresora 3D a distancia, automatizando la creación de hábitats sin que nadie esté ahí para supervisarlo en persona. Lo que aprendamos afinando ese control lo podremos aplicar en la Tierra.
Para el futuro, ¿tendremos impresoras 3D gigantes que impriman prácticamente todo en lo que se refiere a tecnología espacial?
Es una visión que tenemos, pero no sabemos cuando podrá ser posible. A largo plazo, la exploración espacial va a implicar viajes muy largos. Y en esos viajes, los astronautas van a tener necesidades que van a depender de muy pocos recursos. La impresión 3D puede ayudar mucho en esto imprimiento hábitats, herramientas...
¿Incluso las impresoras 3D podrían imprimir otras impresoras 3D?
Bueno, se podrían imprimir las partes de esa impresora, pero nuestra idea es que se impriman piezas de recambio para reparaciones.
¿Ves todo esto hecho realidad a nivel doméstico en cinco o diez años?
Hay mucho hype, pero al final la gente se pregunta para qué sirve la impresión 3D realmente. Y el sentido lo encontramos en la investigación, en la aeroespacial al menos tiene mucho sentido. A nivel doméstico no veremos gran cosa.