Derzeit sind drei Experimente der studentischen Kleinsatellitengruppe KSat e.V. der Universität Stuttgart aus Baden-Württemberg auf dem Weg zur ISS. Um ihre Experimente auf der Reise zur ISS gut schützen zu können, benötigten sie stabile Strukturbauteile aus dem 3D-Drucker. Hierbei konnte ihnen das Fraunhofer IPT erfolgreich helfen.
In einer Pressemitteilung berichtet das Fraunhofer IPT darüber, dass sich an Bord des SpaceX-Cargo-Dragon-Weltraumtransporters, der am 15. März 2023 um 2.30 Uhr deutscher Zeit vom Kennedy Space Center in Florida zur Internationalen Raumstation (ISS) aufgebrochen ist, unter anderem drei Experimente der studentischen Kleinsatellitengruppe KSat e.V. der Universität Stuttgart befinden. Das Fraunhofer IPT unterstützt die Studierenden dabei, die superleichten und extrem stabilen Stützstrukturen für den Versuchsaufbau zu designen und herzustellen.
Tests auf der ISS
Verschleißen im Weltraum mechanische Bauteile wie Kugellager, Kolben oder Pumpen, dann können diese nicht so einfach ausgetauscht werden. Das Team der Studierenden testet daher in drei Experimenten, wie sich mechanische Bauteile durch den Einsatz von Ferrofluiden, Flüssigkeiten, in denen sich winzige magnetische Partikel befinden, optimieren lassen und wie sich die Lebensdauer der Bauteile verlängern lässt. In einem der drei Experimente wird ein mit Ferrofluid gelagertes Lageregelungssystem erprobt. Die magnetische Flüssigkeit wird in dem Experiment so durch externe Magnetfelder gelenkt, dass ein Drehmoment erzeugt wird. Die beiden anderen Experimente drehen sich um einen elektrischen sowie einen thermischen Schalter, bei denen Ferrofluide einen Stromkreislauf und einen Wärmekreislauf öffnen und schließen.
Die Astronautinnen und Astronauten der ISS bauen den Versuchsaufbau in einen Experimentierschrank auf der Raumstation ein. Dort wird er vier Wochen bleiben. Die Versuchsaufbauten sind auf Aluminiumplatten aufgebracht, die mit Gewindestangen im Boden der Box verschraubt sind. Zusätzliche Stützstrukturen sorgen für mehr Stabilität.
Strukturbauteile aus dem 3D-Drucker
Das Fraunhofer IPT konstruierte vier Strukturbauteile zur Stabilisierung und zum Schutz des Versuchsaufbaus. Um den starken Vibrationen während des Flugs standzuhalten, mussten die Strukturbauteile sehr stabil sein, damit sie auch verhindern, dass sich die Experimentebenen verschieben. Der Aufbau sollte offen gestaltet sein, um eine Luftzirkulation zur Kühlung der Experimente zu gewährleisten. Die Bauteile durften nicht mehr als 400 Gramm wiegen.
Mit einer Modellierungssoftware analysierte Stefan Gräfe, Experte für die Additive Fertigung am Fraunhofer IPT, den zur Verfügung stehenden Raum und gestaltete Bauteile innerhalb des virtuellen Raums, die alle Kriterien erfüllten. Er baute sie anschließend mit der Laser Powder Bed Fusion (LPBF) aus rostfreiem Stahl. Um die offene Luftzirkulation und die Hohlstrukturen zur Gewichtsreduktion optimal herzustellen, erwies sich die LPBF als ideal. Auch der Nachbearbeitungsaufwand sollte so gering wie möglich ausfallen. Deshalb konzipierten sie die Bauteile so, dass sie ohne Stützstrukturen auskamen. Das Fraunhofer-Team konnte nur 141 Gramm leichte Strukturbauteile für die Studierenden herstellen. Diese bestanden außerdem die Belastungstests zur Prüfung der Stabilität beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln.