Forscher des Fraunhofer IWS und der TU Dresden in Sachsen haben gemeinsam Raketentriebwerke mit Aerospike-Düsen aus dem 3D-Drucker entwickelt. Diese entstanden mithilfe des 3D-Druckverfahrens Laser Powder Bed Fusion. Die Entwicklung zeigt, wie additive Fertigungsverfahren erfolgreich in bestehende Prozessketten integriert werden können.

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Logo Fraunhofer IWS und TU DresdenMittelgroße Transportsysteme wie Microlauncher können bis zu 350 Kilogramm befördern. Sie eignen sich zum Beispiel für den Transport von Satelliten in den Weltraum, wie das Fraunhofer IWS in einer Pressemitteilung erklärt. Forscherinnen und Forscher am Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS haben mit Raumfahrtexperten der TU Dresden ein 3D-gedrucktes Raketentriebwerk mit Aerospike-Düse für Microlauncher entwickelt. Dabei soll 30 Prozent weniger Treibstoff als bei konventionellen Triebwerken verbraucht werden. Die Entwicklungsergebnisse werden auf der Hannover Messe 2020 vom 20. bis 24. April in Halle 16, Stand C18 zu sehen sein. Vor etwa einem Monat haben wir ein 3D-gedrucktes Raketentriebwerk aus Schottland vorgestellt.

Aerospike-Triebwerke für Microlauncher

3D-gedruckte Aerospike Düse Querschnitt
Die Microlauncher werden von Aerospike-Triebwerken angetrieben (Bild © Fraunhofer IWS Dresden).

Die Microlauncher werden von Aerospike-Triebwerken angetrieben. Durch den 3D-Druck wird deutlich an Masse und somit auch an Treibstoff eingespart. Das von den Forschern erarbeitete Triebwerk wurde entwickelt, hergestellt und getestet. Bei der Fertigung des Treibstoffinjektors, der Brennkammer und der Düse griffen die Entwickler auf das Laser Powder Bed Fusion 3D-Druckverfahren zurück.

Sie entschieden sich bei der Herstellung der Rakete für den Metall-3D-Druck, weil das Triebwerk eine sehr gute Kühlung und innen liegende Kühlkanäle benötigt. Diese lassen sich nicht gut fräsen oder gießen. Beim Laser Powder Bed Fusion 3D-Druckverfahren wird das Pulver Schicht für Schicht aufgetragen und dann selektiv per Laser aufgeschmolzen. Das Bauteil entsteht und die darin befindlichen Millimeter breiten Kühlkanäle ebenso. Das überschüssige Pulver wird später herausgesaugt.

Die fertigen Bauteile wurden mittels Laserstrahlschweißen gefügt und mit Computertomographie darauf untersucht, ob Fehlstellen oder andere Fehler vorhanden sind. So sehen die Entwickler zum Beispiel, ob Kühlkanäle durch versintertes Pulver verstopft sind.

3D-gedrucktes Aerospike Triebwerk
Bei der Fertigung der Düse griffen die Entwickler auf das Laser Powder Bed Fusion 3D-Druckverfahren zurück (Bild © Fraunhofer IWS Dresden).

Test auf dem Teststand der TU Dresden

Der Prototyp des Aerospike-Triebwerks wurde auf dem Teststand des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden getestet und erzielte eine Brenndauer von 30 Sekunden. Somit konnten die Forscher nachweisen, dass ein funktionierendes Flüssigkeitstriebwerk mit Additiver Fertigung machbar ist. Das zeigt, wie additive Fertigungsverfahren in bestehende Prozessketten integriert werden können und so die Entwicklungen voranbringen. Weitere Beispiele veröffentlicht das 3D-grenzenlos Magazin regelmäßig in seinem Newsletter (hier abonnieren).

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