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 Technologieunternehmen Sintavia hat mit C103 proprietäre Materialparameter für die Hochleistungs-Legierung Niob entwickelt. Das Refraktärmetall ist für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sehr interessant, allerdings ohne umfangreiche Parameterentwicklung nur schwer additiv zu verarbeiten. Die C103-Parametern von Sintavia sollen das ändern.
Das Bau-3D-Druck-Unternehmen ICON erhält 57,2 Mio. USD von der NASA für die Entwicklung von Baulösungen zur Schaffung von Wohnraum auf dem Mond. Im Rahmen des Projekts „Olympus“ konzentrieren sich die Verantwortlichen auf den Bau von weltraumgestützten Konstruktionen auch mit Hilfe des 3D-Drucks. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.
Das Software-Unternehmen Hexagon hat gemeinsam mit dem Unternehmen Raytheon Technologies ein Softwaretool entwickelt, das die bestehende Software Simufact Additive von Hexagon erweitern soll. Das Tool hilft Anwendern dabei, 3D-Objekte zu simulieren, die Ergebnisse mit der Zielgeometrie eines Builds zu vergleichen und Fehler hervorzuheben. Da es der Benutzeroberfläche der bestehenden Simufact Additive Software ähnelt, entfallen langwierige und umfassende zusätzliche Schulungen. Wir stellen die Software einmal genauer vor.
Das französische Luft- und Raumfahrtunternehmen Safran hat im Südwesten Frankreichs einen Additive Manufacturing Campus eröffnet. In diesem möchte das Unternehmen forschen, entwickeln und Teile produzieren. Mit dem zunehmenden Einsatz von 3D-Druck möchte Safran zur Dekarbonisierung in der Luftfahrt beitragen.
Schweizer Forscher von der ETH Zürich haben eine Methode zum 3D-Druck von Salzgerüsten vorgestellt. Mithilfe dieser Salzgitter lassen sich unter anderem Leichtmetallteile herstellen. Die 3D-Druck-Methode eignet sich unter anderem für die Kieferchirurgie und die Raumfahrt. Zur Kommerzialisierung wurde das Start-up „Sallea“ (Salt leaching) gegründet.
Das Schweizer CSEM entwickelt im Projekt AHED (Advanced Heat Exchange Devices) mit Hilfe von 3D-Druck neuartige Rohre, die über eingebettete Sensoren verfügen. Diese könnten im CERN oder auch in der europäischen Raumfahrtindustrie zur Verbesserung der Leistung von Wärmeregelungssystemen eingesetzt werden. Wir stellen die Arbeit der Forscher und die Anwendungsbereiche der 3D-gedruckten Rohre einmal genauer vor.
PrintSky, das Joint Venture zwischen den Unternehmen Sogeclair und AddUp, wurde von Collins Aerospace ausgewählt, um an seinem Forschungsprogramm für eine neue Generation von Betätigungssystemen teilzunehmen. Für komplexe Systeme, wie eine elektrochemische Betätigung, ist die additive Fertigung ein geeigneter Ansatz, seine Produktion kostengünstiger und schneller zu gestalten.
Das chinesische Unternehmen Deep Blue Aerospace nutzt 3D-Drucker vom Hersteller Farsoon Technologies für den 3D-Druck von Triebwerksteilen. Mit dem Metall-3D-Drucker FS621M hat das Unternehmen unter anderem eine Inconel-Brennkammer mit einer Höhe von 780 mm hergestellt. Durch die Integration des Farsoon-Systems verbesserte Deep Blue Aerospace die Serienproduktion der Raketentriebwerksbrennkammern eigenen Angaben zu Folge erheblich.
Das Luft- und Raumfahrt-Unternehmen StarHagen ist mit dem Kauf eines Velo3D-3D-Druckers gleichsam dem Velo3D Contract Manufacturer Network beigetreten. Neben dem neuen Sapphire-3D-Drucker verfügt StarHagen zudem über einige CNC-Bearbeitungsmaschinen. Wir fassen das Wichtigste zum Thema zusammen.
Thales Alenia Space und Miprons arbeiten im Rahmen einer Unternehmenskooperation an einem wasserbetriebenen Satellitenantriebssystem, bei dem auch Komponenten aus dem 3D-Drucker eingesetzt werden sollen. Das neuartige miniaturisierte Hochschub-Triebwerk soll Wasserstoff aus Wasser einsetzen und der Brennstoff „der nächsten Generation“ werden. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.
Das US-amerikanische 3D-Druck-Unternehmen 3D Systems hat das australische Raumfahrtunternehmen Fleet Space Technologies beim 3D-Druck seiner HF-Patchantennen unterstützt. Dabei wurde ein DMP Flex 350 3D-Drucker von 3D Systems am Hauptsitz von Fleet Space Technologies installiert und eingesetzt. Wir fassen das Wichtigste zusammen.
Schweizer Forscher von der ETH Zürich haben mit Hilfe von 3D-Druck einen Roboter entwickelt, der die tiefe Schwerkraft von Asteroiden ausnutzt und bis zu sieben Meter hohe Sprünge möglich macht. Dieser soll unter anderem Materialien sammeln und den Forschern bei ihrer Arbeit helfen können. Entstanden ist der Roboter „SpaceHopper“ mit dem Unternehmen Scheurer Swiss.
Das dänische Designbüro SAGA Space Architects hat mit dem ROSENBERG Moon Habitat einen Wohnraum für das Leben auf dem Mond vorgestellt. Das riesige Objekt wurde mit einem 3D-Drucker hergestellt und kann Konzept zu Folge Einsatz auf dem Mond finden. Schon zuvor arbeiteten sie mit dem LUNARK Moon Habitat an einem ähnlichen Konstrukt, das sie in Grönland testeten. Das ROSENBERG Moon Habitat ist mit seinen 7 Metern die weltweit höchste 3D-gedruckte Polymerstruktur.
Das 3D-Druck-Unternehmen InssTek aus Korea hat eine seiner neuesten Entwicklungen vorgestellt, die dem Unternehmen mit seinen verschiedenen 3D-Druck-Technologien gelungen sind. Zum Beispiel wurde ein 3D-gedrucktes künstliches Hüftgelenk erfolgreich hergestellt und von der FDA zugelassen. Außerdem konnte InssTek erfolgreich mit 3D-Druck eine skalierte Raketendüse aus mehreren Materialien für die Luft- und Raumfahrt drucken.
Das europäische Luft- und Raumfahrtunternehmen Airbus und die ESA planen mit dem Metal3D einen ersten Metall-3D-Drucker auf der Raumstation ISS zu installieren. Damit will das Unternehmen erstmals den 3D-Druck von Metallobjekten im Weltraum möglich machen. Langfristiges Ziel ist es, unter anderem Satelliten im All zu recyceln und daraus neue Komponenten im All zu drucken.
Forscher aus Japan von der Kyushu University haben zusammen mit Partnern nach einer Methode gesucht, um mit 3D-Druck Einkristall-Strukturen aus reinem Nickel herzustellen. Dazu verwendeten sie als 3D-Druckverfahren das selektive Laserschmelzen. Einkristall-Strukturen aus Hochtemperaturmetallen wie Nickel eignen sich besonders gut für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und eröffnen ganz neue Anwendungsmöglichkeiten für die additive Fertigung.
Das Raumfahrtunternehmen Fleet Space Technologies (Fleet) hat seinen Satelliten Centauri 5 erfolgreich auf der Space X Falcon 9 Transporter-5-Mission gestartet. Dieser verfügt über komplett mit 3D-Druck hergestellte Ganzmetall-Patchantennen. Es war der dritte erfolgreiche Start von Fleet mit Space X.
Das US-Unternehmen Ursa Major hat sein größtenteils 3D-gedrucktes Arroway-Raketentriebwerk fertiggestellt, das ab sofort bestellbar ist und ab 2025 ausgeliefert werden soll. Das 3D-gedruckte Raketentriebwerk Arroway soll die bisher in Russland hergestellten Triebwerke ersetzen.
Das 3D-Druck-Unternehmen 3D Systems wurde von Airbus Defence and Space mit der Herstellung von Komponenten für den Telekommunikationssatelliten OneSat beauftragt. 3D Systems hat dafür eine Additive Manufacturing-Fertigungslösung mit seinem 3D-Drucker DMP Factory 500 vorgestellt.
Die japanische Mitsubishi Corporation hat einen 3D-Drucker entwickelt, der in der Lage sein soll, im Weltraum benötigte Dinge wie zum Beispiel Satellitenantennen herzustellen. Für den 3D-Druck verwendet Mitsubishi ein speziell auf den Einsatz im All abgestimmtes Harz. Wir stellen den Spezial-3D-Drucker von Mitsubishi, der die Kosten für die Raumfahrtunternehmen reduzieren soll, einmal genauer vor.