Forschende der Hochschule München haben in einer Forschungsrakete Experimente zur additiven Fertigung von Strukturen im Weltraum durchgeführt. Es gelang ihnen, mit einem 3D-Drucker in einer Forschungsrakete eine Struktur im offenen Weltraum herzustellen. Weitere Tests sind geplant.
Forscher und ehemalige Studierende der Hochschule München haben in einer Forschungsrakete Experimente zur Fertigung von Strukturen im Weltraum durchgeführt. Das berichtet die Hochschule München in einer Pressemitteilung. Am Esrange Space Center wurden die 3D-gedruckten Proben zurückgeführt und ausgewertet. Die Versuche fanden an Bord der 5,60 m langen und 35,5 cm breiten Forschungsrakete in einer Höhe von bis zu 90 km statt. Ziel war es, 3D-gedruckte Stäbe in einem flüssigen, photoreaktiven Harz unter Bedingungen der Schwerelosigkeit und in einem Vakuum herzustellen.
Das Team rund um Prof. Dr. Markus Pietras, Leiter des Masterstudiengangs Luft- und Raumfahrttechnik, und Doktorand Michael Kringer war mit seinen Ergebnissen sehr zufrieden. Er erklärte:
„Keiner wusste, ob unser Konzept vom autonomen 3D-Druck mit flüssigem Druckmaterial unter realen Weltraumbedingungen funktionieren würde. Jeder kennt die Bilder von Flüssigkeiten, die durch die Raumstation als kugelförmige Tropfen schweben. Wir hatten schon Bedenken, dass so etwas auch mit unserem Material passieren könnte. Durch eine Härtung des Druckmaterials mit UV-Licht direkt an der Düse hat es sich während des Druckes jedoch so verhalten wie erhofft und wir konnten damit erfolgreich Stäbe produzieren.“
3D-Druck im Weltraum
Die Technologie, die von der HM entwickelt wurde, erzeugt unmittelbar durch die dreidimensionale Bewegung des Druckkopfes neue Komponenten. Das photoreaktive Harz wird aus dem Druckkopf durch eine Düse gedrückt und mit UV-Licht gehärtet. Die energieeffiziente Methode wird nur aus LEDs betrieben. Die Nachhärtung kann mit Sonnenlicht erfolgen. Die wenige Abwärme, die entsteht, wird im Weltraum kompliziert abgeführt. Auf der Internationalen Raumstation wird 3D-Druck durchgeführt, der erheblich mehr Energie benötigt, da hier thermoplastischer Kunststoff erst geschmolzen und im Anschluss schichtweise aufgetragen und wieder abgekühlt wird. Um den aufwendigen Transport von Teilen zu verhindern, sollen künftig vor Ort 3D-gedruckte Strukturen entstehen.
Kringer erläutert die Vorzüge:
„Auf Trägerraketen ist der Platz begrenzt. Wichtige Komponenten wie Antennen oder Solargeneratoren müssen daher für den Start sehr kompakt gestaltet und dann im Orbit entfaltet werden. Mit 3D-Druck könnten wir die Strukturen vor Ort so bauen, wie wir sie wirklich haben wollen.“
Viele Weltraumorganisationen wollen die additive Fertigung im Weltraum nutzen. Im Labor der HM wurde der 3D-Druck von komplexen Strukturen und Formen erfolgreich getestet. Der nächste logische Schritt war eine Erprobung unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. Das Team bewarb sich 2020 erfolgreich beim FlyYourThesis!-Programm der Europäischen Weltraumagentur (ESA). Wir haben in diesem Artikel darüber berichtet.
Pietras ist optimistisch:
„Abgesehen von den wirtschaftlichen Aspekten wird die Technologie auch die Möglichkeiten zur Erforschung des Weltraums erweitern. Weltraumgestützte Solarenergie oder eine bemannte Marsmission kann ich mir zum Beispiel ohne eine Fertigung vor Ort nicht vorstellen.“