Der 3D-Druck spielt in der Raumfahrt wie auch in der Luftfahrt eine immer bedeutendere Rolle. Sowohl die Herstellung von Prototypen als auch die Fertigung von Bauteilen für Trägerraketen oder Komponenten für Transportfahrzeuge, Satelliten oder der Einsatz auf Raumstationen spielen eine zunehmend wichtigere Rolle für die Raumfahrtindustrie. Auf dieser Seite berichten wir zum gegenwärtigen Stand des Einsatzes der 3D-Drucker in der Raumfahrt sowie über die prognostizierte Entwicklung einer für viele Branchen immer wichtigeren Herstellungstechnologie.
Obwohl der 3D-Druck in der Raumfahrt noch nicht so stark präsent und fortgeschritten ist wie in anderen Branchen, hat die 3D-Drucktechnologie bereits zu einigen wichtigen Entwicklungen beigetragen. In Zukunft wird sich der 3D-Druck auch in dieser Branche bestimmt rasant weiter entwickeln, weil durch die Potenziale dieser Technologie könnte die Raumfahrtbranche durchaus profitieren.
Derzeit wird der 3D-Druck in der Raumfahrt vor allem für die Herstellung von Teilen der Brennkammer, Ventilen und Düsen des Triebwerks verwendet. Früher erforderte dies die mechanische Kompetenz einer Feinwerkstatt, aber jetzt können die einzelnen Teile einfach am Rechner entworfen und „über Nacht“ mit dem vor Ort verfügbaren 3D-Drucker gedruckt werden. Zu bedenken ist jedoch, dass die 3D-gedruckten Bauteile in der Raumfahrt nicht sofort einsatzfähig sind, denn ein großer Teil ihrer Verarbeitung folgt erst noch. Zuerst müssen die Teile von der Trägerplatte losgelöst werden und es folgt die Bearbeitung der Oberfläche sowie die Prüfung und Qualifizierung. Erst danach dürfen die Teile aus dem 3D-Drucker auch in der Raumfahrt eingesetzt werden. Alternativ besteht natürlich immer noch die Möglichkeit 3D-Drucker für das Prototyping einzusetzen. Dafür aber bedarf es keiner teuren Industrie-3D-Drucker.
Hochwertige Industrie-3D-Drucker kosten nicht selten über 1 Million Euro, arbeiten vergleichsweise langsam und lassen sich nur von Experten bedienen. Sie haben aber einen entscheidenden Vorteil für die Raumfahrtunternehmen und -Institutionen: Die 3D-gedruckten Teile sind leichter im Vergleich zu konventionell hergestellten Objekten, haben einen geringeren Materialverschleiß bei der Herstellung und stehen schneller zur Verfügung. Kurzum: Sie sind günstiger. Aluminium ist in den meisten Fällen ein bevorzugtes Material, da es die gleiche Stabilität wie andere Materialien bietet, aber wesentlich leichter ist. Aber auch der 3D-Druck mit Titan ist in der Raumfahrt sehr gefragt.
In der Raumfahrt sind bereits einige wichtige Entwicklungen zu verzeichnen, insbesondere wegen der immer öfteren Anwendung vom 3D-Druck. Bis jetzt zeigten mehrere – teils auch noch fiktive Konzepte – der NASA das große Potenzial der additiven Fertigungstechnologie, zum Beispiel mit einem 3D-gedruckten Biotop auf dem Mars oder dem Asteroiden Abbauprojekt mit 3D-Druck. Außerdem verspricht sich die NASA vom 3D-Druck besonders viel bei der Entwicklung von Raketen, was mit einer neuen Methode des Metall-3D-Drucks beschleunigt werden soll. Mit dem 3D-Druck und der Forschung der CAS könnten zukünftig die Raumstationen weiterentwickelt werden. In puncto Rakete sollte man unbedingt auch einen Blick auf das Unternehmen Rocket Lab werfen, welches im Jahr 2020 die Trägerrakete Ariane 6 wird mit Teilen aus dem 3D-Drucker ins All katapultieren möchte.
Wir berichten auf dieser Themenseite regelmäßig über Forschung, technologische Entwicklungen und den Einsatz der 3D-Drucker in der Raumfahrt. Über alle Neuigkeiten erfahren Sie in Zukunft am besten über unseren kostenlosen Newsletter zum 3D-Druck.
Das US-Unternehmen Velo3D kooperiert mit dem Raumfahrtanbieter Vaya Space, um durch den Einsatz von Metall-3D-Druck kritische Triebwerkskomponenten effizienter zu fertigen. Im Fokus stehen Hochleistungslegierungen wie GRCop42 und Inconel 718 sowie die Skalierung hybrider Antriebstechnologien.
Die University of Glasgow hat eine neue Testeinrichtung vorgestellt, mit der Materialien für den 3D-Druck im All auf ihre Belastbarkeit unter extremen Bedingungen geprüft werden. Das Projekt „NextSpace Testrig“ wurde mit Unterstützung der UK Space Agency entwickelt und soll künftig neue Standards für die Raumfahrt setzen.
Die James Cook University hat ein flexibles, 3D-gedrucktes Keramikmaterial entwickelt, das in Kooperation mit Lockheed Martin für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt getestet wird. Es zeichnet sich durch eine hohe Biegefestigkeit und Temperaturbeständigkeit aus und könnte für Hyperschallanwendungen bedeutend werden.
Der US-amerikanische Metall-3D-Drucker-Hersteller Velo3D hat einen Rahmenvertrag mit dem Raumfahrtunternehmen Momentus Inc. im Wert von 15 Millionen US-Dollar über fünf Jahre abgeschlossen. Im Fokus steht das neue RPS-Angebot von Velo3D zur schnellen und flexiblen Fertigung von Metallbauteilen für die Raumfahrt.
Die NASA hat Elementum 3D als offiziellen Technologie- und Materialpartner für ein Projekt zur additiven Fertigung im Rahmen ihres HUNCH-Programms ausgewählt. Im Zentrum steht die Entwicklung 3D-gedruckter Befestigungselemente, die zukünftig auf der Mondoberfläche eingesetzt werden könnten. Sechs US-amerikanische Schulen haben es mit ihren Entwürfen in die Finalrunde geschafft.
Foster + Partners hat gemeinsam mit der NASA und Branch Technology ein Konzept für einen 50 Meter hohen Solarturm vorgestellt, der mittels 3D-Druck direkt auf der Mondoberfläche errichtet werden soll. Der spiralförmige Turm soll künftige Mondbasen mit Energie versorgen und zugleich Kommunikationsaufgaben übernehmen.
Das DARPA plant, Satellitenstrukturen direkt im All zu bauen, anstatt sie von der Erde aus zu starten. Mithilfe von 3D-Druck und autonomen Montageprozessen sollen leichtere, größere und effizientere Satelliten entstehen. Zudem untersucht die Behörde das Wachstum biologischer Strukturen im Weltraum für zukünftige Raumfahrtanwendungen.
Die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) hat Nikon als Partner für die Entwicklung von Metall-3D-Drucktechnologien für Raumfahrtanwendungen ausgewählt. Ziel ist es, großformatige und hochpräzise Metallbauteile effizienter und kostengünstiger herzustellen.
MIT-Ingenieure haben einen vollständig 3D-gedruckten Elektrospray-Antrieb entwickelt, der kleine Satelliten wie CubeSats effizient antreiben kann. Der neue Antrieb wird kostengünstig aus handelsüblichen Materialien gefertigt und könnte sogar direkt im Weltraum produziert werden.
Forscher der Universität Glasgow haben ein patentiertes System entwickelt, das 3D-Druck in der Schwerelosigkeit ermöglicht. Mit einem granulären Material und erfolgreichen Tests an Bord der „Vomit Comet“ ebnet die Technologie den Weg für die Herstellung von Strukturen im All, darunter Solarreflektoren und pharmazeutische Produkte.
Die Exploration Company setzt für die Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Raketenteilen auf die SFM-AT350-E von Solukon. Die innovative Technologie ermöglicht eine präzise und nachhaltige Reinigung, während recyceltes Pulver den Materialverbrauch reduziert. Dies passt zur Vision des Unternehmens für eine nachhaltige Raumfahrt.
Das GLAMS-Projekt entwickelt mithilfe des 3D-Drucks Bauelemente aus Mondregolith, um nachhaltige Mondbasen zu errichten. Gefördert von der ASI, wurde das Projekt von der Universität Padua, ICMATE und WASP umgesetzt. Erste Prototypen und ihre Eignung für Mondbedingungen wurden auf dem IAC vorgestellt.
Eric Schmidt, ehemaliger CEO von Google, hat in Relativity Space investiert, ein Unternehmen, das Raketen mittels 3D-Druck herstellt. Diese Unterstützung könnte Relativity helfen, seine ambitionierten Raumfahrtprojekte wie die Terran R bis 2026 voranzutreiben.
Die 21-jährige Madison Feehan aus Kanada entwickelt mit ihrem Unternehmen Space Copy eine Technologie, die Mondboden in 3D-gedruckte Ausrüstungsgegenstände umwandelt. Ziel ist es, die Logistik und Kosten von Weltraummissionen drastisch zu verbessern und gleichzeitig Anwendungen auf der Erde zu ermöglichen.
Das Bremer Start-up POLARIS Raumfahrzeuge hat erstmals erfolgreich ein 3D-gedrucktes Aerospike-Raketenantriebssystem in einem Flugtest mit dem Demonstrator MIRA II getestet. Der Test liefert wertvolle Daten für die Entwicklung zukünftiger Raumflugzeuge wie des geplanten AURORA-Modells.
Die NASA plant, mit 3D-Drucktechnologie nachhaltige Gebäude aus Mondgestein zu errichten. Erste Einsätze von autonomen Robotern zum Abbau von Regolith sind in den nächsten Jahren geplant. Ziel ist eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond und die Nutzung lokaler Ressourcen für künftige Missionen.
Elementum 3D hat die von der NASA entwickelte Hochtemperatur-Superlegierung GRX-810 für den kommerziellen Einsatz verfügbar gemacht. Die Legierung ist für den Einsatz in der additiven Fertigung vorgesehen und könnte in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt sowie Energieanwendungen Verwendung finden.
Das Metall-3D-Druck-Unternehmen Beehive Industries hat einen 12,46-Millionen-Dollar-Vertrag erhalten, um 30 3D-gedruckte Turbinen-Triebwerke für unbemannte Luftverteidigungssysteme, wie Drohnen, Standoff-Systeme und kooperative Kampfflugzeuge, zu entwickeln. Ziel ist es, mit additiven Fertigungsmethoden Kosten und Produktionszeiten zu senken.
Das italienische 3D-Druck-Unternehmen BEAMIT hat erneut die Nadcap-Akkreditierung für additive Fertigung erhalten, eine wichtige Anerkennung für die Einhaltung der hohen Standards der Luftfahrtindustrie. Der Erfolg basiert auf modernsten Fertigungsprozessen und einem starken Qualitätsmanagement.
Das TACTILE-Programm der Defense Innovation Unit (DIU) entwickelt suborbitale Lösungen für das US-Verteidigungsministerium. Der erfolgreiche Test eines 3D-gedruckten Festtreibstoffantriebs könnte die Verteidigung mit kostengünstigen, schnell einsetzbaren Technologien stärken.