Das Air Force Research Laboratory (AFRL) hat im Rahmen der Weiterentwicklung von Raketentriebwerken einen neuen Durchbruch im Bereich des leichten 3D-Drucks erzielt. Unter Verwendung des additiven Fertigungsverfahrens Laser Powder Directed Energy Deposition (DED), gelang es dem Forschungsteam, eine einzigartige, aus einem Block gefertigte Schubkammer für Raketenmotoren zu entwerfen, zu drucken und erfolgreich zu testen. Das berichtet das AFRL in einer Pressemitteilung.
Dr. Javier Urzay, Leiter der Abteilung für Verbrennungsgeräte, erklärte die Bedeutung dieser Entwicklung:
„Die Investitionen des AFRL in frühe, fortschrittliche Fertigungstechniken ermöglichen es uns, neue Bereiche im Designraum für Raketentriebwerke zu erforschen und den Design- und Testzyklus von der Konzeption bis zur Feldbewertung zu beschleunigen.“
Im Gegensatz zu traditionellen Methoden wie dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF), bietet die DED-Technologie bedeutende Vorteile. Dazu gehören eine größere Bauvolumenkapazität, die die Herstellung von Bauteilen mit einer Höhe von bis zu sieben Fuß ermöglicht, sowie eine reduzierte Pulververwendung und Materialverschwendung. Diese Vorteile sind gepaart mit der Möglichkeit, Legierungen in Echtzeit zu mischen, was die Nutzung der Stärke, des Gewichts und der Leistungsfähigkeit von Hochleistungssuperlegierungen erleichtert.
Urzay fügt hinzu:
„Diese Technologie ermöglicht es uns, komplexe Motordesigns mit weniger Iterationen zu verfolgen, indem Optimierungen in Form und Material sowie schnelle Fertigungstechniken angewendet werden.“
Das AFRL arbeitet eng mit der US-Raumfahrtindustrie zusammen, um diese fortschrittlichen Fertigungsprozesse in moderne digitale Engineering-Frameworks zu integrieren. Diese Frameworks nutzen künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen, digitale Zwillinge, 3D-Volumenscanner und computergestütztes Design (CAD), um die Herstellung von Raketenmotorkomponenten wie Schubkammern, Verteilern und Turbomaschinerieblättern zu revolutionieren.
Weitere Herausforderungen müssen überwunden werden
Trotz der vielen Vorteile des 3D-Drucks weist Edgar Felix, ein Luft- und Raumfahrtingenieur der Verbrennungsgeräteabteilung, auf die Herausforderungen hin, die noch überwunden werden müssen, um eine breitere Akzeptanz in der Raketentriebwerkbranche zu erreichen. „Die Schaffung von Materialien, die robust genug für die extremen Bedingungen von Raketentriebwerken sind, bleibt eine entscheidende Herausforderung“, so Felix.
Die Zusammenarbeit des AFRL mit Branchenpartnern und staatlichen Einrichtungen wie dem Marshall Space Flight Center der NASA ist entscheidend für die Weiterentwicklung dieser Technologien.
„Diese jüngste Weiterentwicklung unserer additiven Fertigungskapazitäten für Raketentriebwerke spiegelt unser anhaltendes Bestreben wider, die Zusammenarbeit mit wichtigen industriellen und staatlichen Partnern zu verstärken“, schloss Urzay.