Screening van vloeibare fotopolymeerharsen blootgesteld aan hoogvacuüm

Ruimtehardware bouwen met vloeibare lijm

Veel toekomstige ruimtemissies voorzien in het direct in een baan om de aarde bouwen van grote antennes, uitschuifarmen en zonnesails, in plaats van ze volledig gemonteerd vanaf de aarde te lanceren. Een veelbelovende aanpak is het uitspuiten van speciale vloeibare lijmen, fotopolymeren genoemd, uit een mondstuk en deze met licht uitharden om sterke structuren te vormen. Maar in het bijna perfecte vacuüm van de ruimte kunnen vloeistoffen verdampen of zich op onverwachte manieren gedragen. Deze studie stelt een praktische vraag: welke kant-en-klare fotopolymeerharsen kunnen zware, ruimtevacuumachtige omstandigheden doorstaan en toch betrouwbaar blijven als bouwmateriaal?

Waarom ruimtevacuum zwaar is voor kleverige vloeistoffen

In een fabriek aan boord van een ruimtevaartuig zouden deze harsen als vloeistof worden verwerkt onder extreem lage drukken—veel lager dan enig industrieel vacuum op aarde. Onder zulke omstandigheden kunnen kleine, gemakkelijk verdampende moleculen uit de hars ontsnappen. Dat verlies kan de vloeistof indikken, het lichtgestuurde uithardingsproces vertragen of verzwakken, en de uiteindelijke stijfheid van het vaste materiaal verminderen. Ontsnapte dampen kunnen zich bovendien condenseren op gevoelige oppervlakken zoals camera’s of zonnepanelen, een probleem dat bekendstaat als contaminatie. Ruimteagentschappen eisen daarom vaak ‘low‑outgassing’ materialen die nauwelijks massa verliezen of condenserende dampen afgeven in vacuum.

Vier kandidaat‑harsen door een ruimte‑achtige proef

De onderzoekers selecteerden vier commercieel verkrijgbare UV‑uithardende harsen die al als industriële lijmen of coatings worden gebruikt. Daartoe behoorden twee high‑performance epoxies van Delo, een vezelversterkte epoxy van Polymer‑G en een geacrylateerde urethaan van Loctite. Eerst mat het team hoe elke hars zich gedroeg “zoals geleverd”, zowel in vloeibare als uitgeharde toestand. Daarna werden de vloeibare materialen 24 uur bij kamertemperatuur aan hoogvacuum blootgesteld, om een extreme maar gecontroleerde versie van de verwerkingsomstandigheden in een baan te simuleren. Na deze behandeling werden de harsen opnieuw getest op viscositeit (hoe vloeibaar of dik de vloeistof is), hoe efficiënt ze uitharden onder ultraviolet licht of warmte, hoe stijf het vaste materiaal over temperatuur werd, en hoeveel materiaal verdampte.

Wat er veranderde toen de lucht werd weggenomen

Alle vier harsen werden dikker onder hoogvacuum, zoals verwacht wanneer de kleinste moleculen uit het mengsel verdampen. Bij drie van de harsen nam de viscositeit matig toe—met ongeveer 4 tot 34 procent—terwijl één Loctite‑hars veranderde van een dunne vloeistof in een gomachtige gel die niet meer met dezelfde instrumenten kon worden gemeten. Ook het lichtuithardingsgedrag verschoof: één Delo‑hars had na vacuümexpositie meerdere keren meer UV‑energie nodig om dezelfde uithardingsdiepte te bereiken, wat suggereert dat cruciale lichtgevoelige ingrediënten deels waren verdwenen. Daarentegen behield de Polymer‑G‑hars en één Delo‑formulering vrijwel hetzelfde uithardingsgedrag voor en na het vacuum, wat wijst op een robuuster recept.

Hoe sterk en schoon de uiteindelijke vaste stoffen bleven

Eenmaal uitgehard werden de harsen getest als miniatuurbalkjes, zachtjes gebogen terwijl ze werden verwarmd. Alle materialen toonden enige ‘post‑curing’ bij verwarming, wat betekent dat hun interne netwerken doorgingen met vernetten en verder verstevigen. Na vacuümexpositie verloren meerdere harsen tot ongeveer een derde van hun stijfheid bij bepaalde temperaturen, waarschijnlijk doordat kleine holtes of bellen ontstonden toen dampen ontsnapten. Toch veranderden de basistransitietemperaturen—waarbij ze significant verzachten—bij drie van de vier harsen weinig, wat aangeeft dat de onderliggende chemie grotendeels intact bleef. Uitgassingstests gaven een gemengd beeld: alle vloeistoffen verloren meer dan 1 procent van hun massa onder heet vacuum, maar twee van de uitgeharde Delo‑harsen bleven veilig onder de standaardgrenzen voor ruimtecontaminatie, terwijl de andere twee uitgeharde systemen dat niet deden.

De veelbelovendste lijmen kiezen voor ruimtebouw

Gezien vanuit het perspectief van een bouwer is de boodschap voorzichtig optimistisch. De studie concludeert dat twee materialen—Delo Katiobond GE680 en Polymer‑G EPV9511—opvallen als praktische kandidaten voor in‑space manufacturing, mits ingenieurs ingesloten lucht en vluchtige bestanddelen vooraf zorgvuldig verwijderen en de blootstelling aan vacuum tijdens printen of lijmen beperken. Beide harsen bleven uithardbaar na een agressieve 24‑uur durende vacuumbehandeling, en hun stijfheid in vaste toestand, hoewel iets verminderd, bleef hoog genoeg voor structureel gebruik. De andere twee harsen leden aan excessief massaverlies, sterke verdikking of onbetrouwbare stijfheid bij hogere temperaturen, waardoor ze minder geschikt zijn voor het bouwen van hardware in een baan om de aarde. Al met al biedt het werk een eerste systematische routekaart voor het screenen van vloeibare fotopolymeren voor ruimtetijdsfabrieken, en brengt het het idee van ‘3D‑printen’ van grote structuren in het vacuum van de ruimte een stap dichterbij realiteit.

Bronvermelding: Kringer, M., Pimpi, J., Sinn, T. et al. Screening of liquid photopolymer resins exposed to high-vacuum. npj Adv. Manuf. 3, 5 (2026). https://doi.org/10.1038/s44334-025-00066-5

Trefwoorden: in‑space manufacturing, fotopolymeerhars, hoog vacuum, uitgassing, ruimtelijke structuren