Desde el siglo XX, la exploración espacial ha sido una parte integral del espíritu humano, con el objetivo de entender lo que sucede más allá de nuestro planeta. Grandes entidades como la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) son esenciales en esta conquista del espacio. La impresión de piezas complejas de manera rápida y a bajo costo ha abierto numerosas aplicaciones, incluyendo satélites, trajes espaciales y componentes para cohetes. Según SmarTech, se estima que el valor de mercado de la fabricación aditiva en la industria espacial privada alcanzará los 2.100 millones de euros en 2026. La pregunta que surge es: ¿cómo podría la impresión 3D permitirnos ocupar un lugar en el espacio?

Inicialmente, la fabricación aditiva se empleaba para el prototipado rápido y el utillaje. Con el tiempo y la popularización de la tecnología, se empezó a utilizar para la producción de piezas finales. Con el avance de la impresión 3D de metal, en particular la fusión láser por lecho de polvo (L-PBF), esta técnica se desarrolló en el sector aeroespacial a finales de la década de 1990. Permite el uso de una amplia variedad de metales con propiedades avanzadas y gran resistencia a las condiciones extremas del espacio. También se emplean otras tecnologías de impresión 3D para fabricar piezas finales. Por ejemplo, la deposición de energía directa (DED) se utiliza para reparar o fabricar componentes en la industria aeroespacial. Los procesos de inyección aglutinante y extrusión son también soluciones muy comunes. En las últimas décadas, han surgido nuevos modelos de negocio y empresas que se especializan en la fabricación de impresoras 3D para diseñar piezas aeroespaciales, como Made in Space y Relativity Space.

Las tecnologías 3D en el sector aeroespacial

En primer lugar, es importante destacar que la fabricación aditiva de metal es la más común en este sector, especialmente la fusión por láser en un lecho de polvo. Este proceso utiliza una fuente de energía láser para fusionar polvos metálicos depositados capa por capa, siendo especialmente útil para la producción de piezas pequeñas, complejas, detalladas y personalizadas.

Otra tecnología relevante es la DED (Deposición de Energía Directa), que consiste en depositar un hilo o polvo metálico al tiempo que se funde, utilizada principalmente para la reparación, el revestimiento o la producción de piezas metálicas personalizadas y, en casos excepcionales, de piezas cerámicas.

Además, encontramos la tecnología de inyección aglutinante. Aunque tiene ventajas en términos de velocidad de producción y bajo coste, no permite la creación de piezas con altas propiedades mecánicas, por lo que requiere pasos de refuerzo adicionales para alargar la vida útil del producto final.

Finalmente, está la tecnología de extrusión, que puede ser eficaz en esta industria. Sin embargo, no todos los polímeros son adecuados para su uso en el sector espacial. Los plásticos de alto rendimiento, como el PEEK, pueden sustituir algunas piezas metálicas debido a su resistencia. Aunque este proceso de impresión 3D sigue siendo el menos común, puede ser una baza importante para la exploración espacial con el uso de nuevos materiales.

Las aplicaciones de la impresión 3D en la exploración espacial

Dependiendo de la tecnología 3D utilizada, las aplicaciones pueden variar significativamente. El proceso L-PBF, por ejemplo, permite crear piezas detalladas en pequeñas series, como sistemas de utillaje o piezas de recambio para el espacio.

Launcher, una startup con sede en California, utilizó la tecnología de impresión 3D de metal Sapphire de Velo3D para mejorar su motor de cohete E-2 Liquid. El proceso del fabricante se empleó para crear la turbina inductora. Específicamente, la turbina y el inductor se imprimieron en 3D por separado y, posteriormente, se ensamblaron. Este componente es crucial porque acelera e impulsa el oxígeno líquido (LOX) hacia la cámara de combustión, proporcionando más flujo de fluido y, por lo tanto, más empuje al cohete.

La fabricación aditiva también puede utilizarse para producir estructuras a gran escala, como hélices y tanques. Relativity Space ha demostrado esto con su solución Stargate, utilizada para producir el Terran 1, un cohete casi completamente impreso en 3D. Entre las piezas creadas se encuentra el depósito de combustible, que mide varios metros. La estructura del cohete también se desarrolló utilizando el proceso Stargate de Relativity Space. El Terran 1 despegó el 23 de marzo de 2023, marcando un hito en el sector y demostrando la eficacia y fiabilidad de la fabricación aditiva.

Por último, la impresión 3D por extrusión permite utilizar materiales de alto rendimiento, como el PEEK, para crear piezas. Este termoplástico ya se está probando en el espacio, como en el rover Rashid, que lleva componentes impresos en 3D con este material. El rover se integró en un cohete Falcon 9 como parte de la misión Emirates Lunar, cuyo objetivo era probar la resistencia del PEEK a las condiciones extremas de la Luna. Este material podría ser una alternativa para sustituir piezas metálicas en caso de rotura o escasez de materiales. Además, aligerar el peso de los componentes es una ventaja muy valiosa para la exploración extraterrestre.

Ventajas de la fabricación aditiva en este campo

La impresión 3D es una tecnología atractiva que no tiene nada que envidiar a las técnicas de construcción tradicionales, especialmente en lo que respecta al acabado final de las piezas. Johannes Homa, director general de Lithoz, fabricante austriaco de impresoras 3D, destaca: “La tecnología hace que las piezas sean más ligeras. Gracias a la libertad de diseño, los componentes son más eficientes y requieren menos recursos. Por supuesto, esto influye positivamente en el impacto medioambiental de la producción de piezas”.

Relativity Space ha demostrado que la impresión 3D puede reducir el número de componentes necesarios para fabricar una nave espacial. En el caso del cohete Terran 1, se ahorraron 100 piezas gracias a la fabricación aditiva. Además, esta tecnología ofrece una gran ventaja en términos de velocidad de producción. El cohete de Relativity Space se completó en menos de 60 días, mientras que construir otro cohete de la forma tradicional puede llevar varios años.

En cuanto a la gestión de recursos, la impresión 3D permite ahorrar materiales y, en algunos casos, reciclar residuos. Además, la fabricación aditiva sería una enorme ventaja para aligerar los cohetes durante el despegue, ya que se podría aprovechar al máximo los materiales locales, como el regolito, y minimizar el transporte de material en la nave espacial. Así, solo sería necesario transportar la impresora 3D, que podría crear todo in situ una vez finalizado el viaje.