Xolographie in Mikrogravitation (XiM)
3D-Druck hat das Potential die Raumfahrt als kostengünstige und variable Fertigungsmethode zu unterstützen. Für erdnahe Missionen auf einer Raumstation wurde beispielsweise der schnell verfügbare Druck von Ersatzteilen und spezifischen Werkzeugen bereits erprobt. Für zeitlich ausgedehnte und in vielfach größerer Distanz zur Erde ablaufende Erkundungs- oder extraterrestrische Siedlungsmissionen ist eine Versorgung von der Erde aus unmöglich. Daher sind für einen sicheren Missionserfolg Technologien für die Vor-Ort-Fertigung unumgänglich. Neben der Fertigung von Ersatzteilen für Maschinen wird der 3D-Biodruck beispielsweise im Rahmen der regenerativen Medizin eine herausragende Rolle spielen, um die langfristige Gesundheit der Besatzung sicherzustellen.
3D-Druck ist eine Additive Fertigungsmethode, bei der durch chemische oder thermische Prozesse Material zu einer räumlichen Struktur zusammengefügt wird. Viele der gängigen 3D-Druck-Technologien beruhen allerdings auf der Anwesenheit von Gravitation, um die flüssigen Ausgangsmaterialien oder Pulver in der Druckzone zu halten bzw. räumlich gezielt zu platzieren. So wird das gewünschte Objekt meist Schicht für Schicht entlang der Wirkrichtung der Gravitation aufgebaut.
Die Xolographie hingegen ist eine volumetrische 3D-Drucktechnologie, die konzeptionell unabhängig von Gravitation ist und somit ohne zusätzlichen technologischen Aufwand in der Schwerelosigkeit eingesetzt werden kann. Die von der xolo GmbH entwickelte Technologie beruht auf neuartigen Zwei-Wellenlängen-Photoinitiatoren, die nach Absorption zweier Photonen unterschiedlicher Energie eine Polymerisation in einem Photopolymer auslösen. Dabei wird mittels UV-Licht ein Lichtvorhang geformt, der sich durch das mit dem Photopolymer gefüllte Volumen bewegt und dabei den Initiator voraktiviert. Orthogonal dazu wird mittels eines 4K-Projektors sichtbares Licht in das Volumen projiziert, welches ausschließlich durch den voraktivierten Initiator absorbiert wird. Genau am Schnittpunkt des UV-Lichtvorhangs mit der 4K-Projektion wird somit die Polymerisation ausgelöst. Daher kann jede Raumkoordinate unabhängig und mit hoher Präzision in dem ruhenden Photopolymer adressiert werden: Ein stützstrukturfreier, geometrieunabhängiger, hochaufgelöster und schneller Druck ist das Resultat.
Während der 41. DLR-Parabelflugkampagne im September 2023 wird der volumetrische 3D-Druck mittels Xolographie erstmals in Mikrogravitation erprobt. Ziel der an Bord ablaufenden Experimente ist es nachzuweisen, dass die Xolographie unabhängig von der Stärke der Gravitation einsetzbar ist und gewünschte Objekte schnell und präzise fertigt. Dabei werden sowohl Plastikmaterialien untersucht als auch Hydrogele verdruckt, die das Ausgangssubstrat für biotechnologische Anwendungen in der regenerativen Medizin darstellen.