Das aus Polen stammende 3D-Druck-Unternehmen Zortrax hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bei der Herstellung einer Demonstrator-Schaltung mit 3D-Druck unterstützt. Diese sollte so klein wie eine Briefmarke sein und wird Anfang 2022 in einem aus Birkensperrholz gebauten Nanosatelliten in die erdnahe Umlaufbahn geschickt. Die dabei entwickelten Composite-3D-Druck-Funktionen sollen über Updates Besitzern des Zortrax Endureal verfügbar gemacht werden.

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Der 3D-Drucker-Hersteller Zortrax war an der Herstellung einer 3D-gedruckten Schaltung beteiligt, die Anfang 2022 mit dem aus Birkensperrholz entwickelten Nanosatelliten WISA Woodsat in die erdnahe Umlaufbahn (LEO) geschickt wird. Laut einer Pressemitteilung arbeitet das Unternehmen zwei Jahre lang mit der Europäische Weltraumorganisation (ESA) daran, eine Verbund-3D-Druck-Technologie zu entwickeln, die den 3D-Druck von Teilen für die Raumfahrt mit polymerbasierten elektrischen Schaltungen ermöglicht.

Details zur Entstehung

Die ESA entwickelte eine funktionale Demonstrator-Schaltung, die mit dem 3D-Drucker Zortrax Endureal an Board des WISA Woodsat auf seine Flugtauglichkeit getestet wird. Zortrax stellte den Körper und die Abdeckung des Demonstrators aus Z-PEEK-Material her, eines „der stärksten Filamente der Welt“. Eine einzigartige, elektrisch leitfähige Mischung aus PEEK, die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen-Nanopartikeln, wurde von der ESA entwickelt und für die elektrisch leitfähigen Pfade eingesetzt.

Ugo Lafont, Ingenieur für nichtmetallische Werkstoffe und Verfahren der ESA, erklärt:

„In den letzten Jahren haben wir am 3D-Druck mit ‚Polyetheretherketon‘ – oder PEEK – gearbeitet, einem zähen Thermoplasten mit einem Schmelzpunkt von bis zu 350 °C, der in der Lage ist, die gleiche Aufgabe wie einige Metallteile zu erfüllen. Wir haben die Firma Zortrax mit ihren zuverlässigen Dual-Print-3D-Druckern gebeten, Testteile zu produzieren.“

WISA Woodsat Nanosatellit
Der Nanosatellit WISA Woodsat (im Bild) wurde vom finnischen Unternehmen Arctic Astronautics aus Birkensperrholz hergestellt (Bild © Arctic Astronautics).

Die Verwendung eines Dual-Print-3D-Druckers erwies sich als Vorteil, um die Demo rechtzeitig fertigzustellen und zu qualifizieren. Erreicht der Satellit die erdnahe Umlaufbahn, wird das vollständig 3D-gedruckte Gerät eine Nachricht senden und die Exposition gegenüber der Weltraumumgebung auf die Funktionalität der Schaltung während des Betriebs untersuchen.

Von ersten Versionen bis zur optimierten 3D-Druck-Schaltung

Die 3D-gedruckten Schaltungen wurde vor einem Jahr für bodenbasierte Tests eingesetzt. Sie waren recht groß und hatten eine einfache Geometrie. Das Team konnte die Schaltung, die Löcher für Schrauben und Kabelführungen und Polymerleiterbahnen enthalten musste, in den letzten 12 Monaten deutlich verkleinern. Sie sollte den Weltraumbedingungen standhalten und dabei nicht größer als eine Briefmarke sein.

Für Zortrax war es eine Herausforderung, mit zwei verschiedenen PEEK-Materialien in Dual-Extrusion zu drucken. Nachdem es ihnen gelang, mit zwei PEEK-Mischungen gleichzeitig zu drucken, optimierten sie das Modell für seinen Einsatz. Lücken zwischen der Außenwand des Teils und der Füllung galt es zu schließen, da sonst eingeschlossene Luft sich unter Vakuum ausdehnen könnte, wenn die Schaltung den Weltraum erreicht. Am Ende hielt das Team eine solide Struktur in ihren Händen.

Die erste WISA Woodsat Mission mit der 3D-gedruckten Schaltung startet mit einer Trägerrakete Electron von Rocket Lab. Zwei Jahre lang wird sich der WISA Woodsat in der LEO aufhalten, um dort das Verhalten von Sperrholz im Weltraum zu untersuchen. Zortrax arbeitet derzeit daran, die für ESA entwickelte Composite-3D-Druck-Funktionen als Software-Updates für den Endureal-3D-Drucker verfügbar zu machen.

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