Die Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) untersucht seit 2017 mit der TU Clausthal die additive Fertigung in der Schwerelosigkeit. Mit dem Einsatz von 3D-Druck auf Raumfahrtmissionen können Raumfahrer Bauteile, Ersatzteile und Werkzeuge nach Bedarf auf Raumfahrmissionen selbst herstellen. So wird wertvolles Gewicht gespart und Raumfahrer können auf unerwartete Situationen besser reagieren. In Parabelflügen testen die Forscher ihre Entwicklungen. Nun gelang es ihnen, Material für den 3D-Druck zu nutzen, das auch vor Ort vorhanden wäre, wie zum Beispiel Mondstaub.
So funktioniert der 3D-Druck im All
Das Pulverbettverfahren gehört zu den 3D-Druckverfahren, die in der Industrie häufig eingesetzt werden. Es ist das am weitesten entwickelte Verfahren. Pulvermaterialien gibt es von Metallen, Kunststoffen, Keramik oder auch Verbundwerkstoffen. Die Schwierigkeit war es, trotz der bestehenden Gravitationskräfte diese im additiven Fertigungsverfahren zu drucken. Es gelang den Forschern jetzt, trockenes Pulver für den 3D-Druck zu verwenden, indem kontinuierlich Gasstrom durch das Pulverbett aufgebaut wurde. Das entstandene Strömungsfeld zieht die Pulverpartikel gravitationsunabhängig zur Bauplattform hin.
In Parabelflügen des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) testen die Forscher ihre entwickelten Verfahren laufend unter realen Bedingungen und verschiedenen Gravitationsverhältnissen.
Prof. Dr. Jens Günster, Experte für additive Fertigungsverfahren an der BAM und Lehrstuhlinhaber für Hochleistungskeramik an der TU Clausthal, erklärt laut einer Mitteilung des BAMs:
„Wenn es uns gelingt, additive Fertigung unter verschiedenen Gravitationsbedingungen zu ermöglichen, müsste neben dem Drucker höchstens noch das Material, also z. B. Pulver, zur Raumstation transportiert werden – und nicht ein ganzes Sortiment an Werkzeugen und Ersatzteilen. Gerade bei künftigen Mars-Missionen könnte ja aufgrund der langen Wegstrecke nichts ‚hinterhergeschickt‘ werden: Ein benötigtes Teil vor Ort selbst drucken zu können, bedeutet also maximale Flexibilität.“
Simulierter Mondstaub erfolgreich in 3D gedruckt
In einem diesjährigen Parabelflug-Experiment konnten die Forscher ihre entwickelten Geräte und Verfahren unter Gravitationsbedingungen, wie sie auf dem Mond und dem Mars herrschen, erproben. Erstmals wurden nicht nur metallische Pulver getestet, sondern auch 3D-Druck mit simuliertem Mondstaub (Mondregolith-Simulat) getestet.
Günster erklärt weiter dazu:
„Die Versuche haben gezeigt, dass das Verfahren nicht nur in völliger Schwerelosigkeit, sondern auch unter verschiedenen Gravitationsbedingungen und mit verschiedenen Ausgangsmaterialien grundlegend funktioniert. Wir konnten unter Mond- und Mars-Gravitationsbedingungen sowohl kleine Schraubenschlüssel aus metallischem Pulver wie auch aus Mondregolith-Simulat ein Objekt drucken, das dem berühmten Fußabdruck gleicht, den Neil Armstrong 1969 auf dem Mond hinterlassen hat.“
Die verwendete Ausrüstung soll laufend verschiedenen kontinuierlichen Gravitationsbedingungen angepasst werden im Rahmen des durch das DLR geförderten Projekts „Pulverbasierte additive Fertigung unter reduzierten Schwerkraftbedingungen“. Vor Ort befindliche Materialien zu nutzen („In-Situ Resource Utilization“) macht zukünftige Raumfahrtmissionen flexibler. Ein weiteres Projekt der Beteiligten untersucht die großflächige Sinterung von Mondstaub-Simulat.
Im Mai 2021 gelang es dem AIMIS-FYT-Forscherteam der 3D-Druck in der Schwerelosigkeit mit einem Standard-3D-Druckkopf von ViscoTEC. Diese und weitere spannende Artikel zum Thema 3D-Druck in der Raumfahrt finden Sie hier. Abonnieren Sie unseren Newsletter und verpassen Sie keine Neuigkeiten dazu.
