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.
Ein US-amerikanisches Studententeam hat mit dem Lunar Plume Alleviation Device (Luna PAD) einen Mondlandeplatz entwickelt, der mit Regolith als Baumaterial im 3D-Druckverfahren auf dem Mond gedruckt werden kann. Dieser soll die bei der Landung gedruckt werden und Staubstürme reduzieren. Im Februar soll der Prototyp auf Camp Swift ausführlichen Tests unterzogen werden.
Britische Forscher verschiedener wissenschaftlicher Institutionen und Unternehmen, unter anderem von Boeing, AMRC und Intellegens, arbeiten im Rahmen des Projekts MEDAL gemeinsam daran 3D-Druck-Lösungen für die Fertigung von Endverbraucherteilen in der Luft- und Raumfahrt weiterzuentwickeln. Dabei werden sie von Algorithmen zum Maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz unterstützt. Mit optimierten Prozessen und Materialien soll die Additive Fertigung dieser kritischen Bauteile schneller und einfacher gelingen.
Das indische 3D-Druck-Unternehmen Intech Additive Solutionshat die Markteinführung seiner Großformat-Metall-3D-Drucker der Serie „iFusion LF“ angekündigt. Die industriellen 3D-Drucker dieser Serie ermöglichen mit einem Bauvolumen von 450 x 450 x 450 mm den 3D-Druck großformatiger Metallteile und sollen geringe Kosten pro produziertem Teil verursachen. Zu den ersten Kunden der iFusion LF-3D-Drucker zählt das indische Luft- und Raumfahrtunternehmen Poeir Jets.
Deutsche Forscher vom LZH Laser Zentrum Hannover e.V. haben im Rahmen des Projekts MOONRISE das Material Regolith unter Bedingungen der Mondgravitation erfolgreich aufgeschmolzen. Außerdem führten sie Tests mit dem MOONRISE-Laser am Roboterarm des Rover MIRA3D durch. Der Laser hält widrigen Bedingungen stand und wird auch für den Bau einer Siedlung aus Mondstaub auf dem Mond entwickelt. Mit dem erfolgreichen Aufschmelzen von Regolith kommen die Forscher dem „3D-Druck“ von Bausteinen aus Mondstaub einen nächsten Schritt weiter.
Das französische Raumfahrtunternehmen ANYWAVES und 3DCERAM haben gemeinsam unter Verwendung der 3D-Druck-Technologie eine Bandantenne entwickelt. Der Prototyp der „GNSS L1/E1“ entstand in einem 18-monatigen Entwicklungsprozess. Er wurde mit dem Serviceangebot 3D-Aim von 3DCERAM aufwendig erarbeitet und anschließend mit dem 3D-Drucker hergestellt.
Das Raumfahrt- und 3D-Druck-Unternehmen Relativity Space wurde vom Launch Services Programm (LSP) der US-Raumfahrtbehörde mit dem Start von den Kleinsatelliten „SmallSats“ beauftragt. Geplant ist der Start für den 30. Juni 2022. Relativity Space wurde bekannt für seine erste 3D-gedruckte Rakete Terran 1 und bringt immer wieder neue 3D-Druck-Projekte für die Raumfahrt an den Start.
Das größte Verteidigungsunternehmen der Welt, Lockheed Martin, wird das auf die Additive Fertigung spezialisierte Unternehmen AeroJet Rocketdyne übernehmen. Lockheed Martin plant so seine Position im 3D-Druck von Metallkomponenten für die Raumfahrt zu stärken und sich so noch weiter auf die Fertigungstechnologie der Zukunft zu konzentrieren. Der ist für das 2. Halbjahr 2021 geplant.
Der 3D-Druck kann Astronauten im Weltraum in Zukunft wertvolle Dienste leisten. In einem Test wurde jetzt erstmals ein mit einem 3D-Drucker hergestelltes Keramikobjekt für den Einsatz im Weltraum als geeignet empfunden. Wir stellen die Details zum „Ceramic Manufacturing Module“ von Redwire einmal genauer vor.
Das Unternehmen Blue Origin hat sich gemeinsam mit anderen Raumfahrtunternehmen an der Teilnahme eines Entwurfswettbewerbs der NASA beworben und liegt mit seinem Mondlander aktuell sehr gut im Rennen. Blue Origin setzt auf einen mit 3D-Druck hergestellten Hochleistungsmotor namens „BE-7“ und konnte in ausführlichen NASA-Tests seine Eignung für die Landung auf dem Mond in dieser Woche unter Beweis stellen.
Forscher Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) und der NASA arbeiten an einem Solarantriebssystem, mit dem Raumschiffe im Weltall noch schneller vorankommen sollen. Dazu müssen sie jedoch sehr nahe an die Sonne heran. Ein sehr hitzebeständiges Metallschild aus dem 3D-Drucker soll das Vorhaben unterstützen und der extremen Hitze standhalten.
Ein Team von engagierten Studenten rund um den Verein ARIS plant die erste Überschallrakete der Schweiz. Dazu wurde vor Kurzem erstmals eine Rakete mit 3D-gedruckten Teilen des Teams erfolgreich gestartet. Das Team verfolgt das Ziel den begehrten Spaceport America Cup zu gewinnen und wird vom Schweizer 3D-Druck-Unternehmen Sintratec unterstützt.
Auf dem 10. Aviation Forum wird der TÜV SÜD seine Leistungen in der additiven Fertigung, Zertifizierung, Umweltprüfung sowie im Bereich zerstörungsfreier Prüfungen vorstellen. Außerdem hält der Additive Manufacturing-Experte Gregor Reischle einen Vortrag in den Tech Talks des Konferenzprogramms. Wir stellen die Themen einmal genauer vor.
Essentium stellt auf der Formnext Connect gleich drei neue 3D-Drucker-Materialien vor. Mit dem TPU-58D-AS gibt es zum ersten Mal ein antistatisches, ESD-sicheres Material, das zum Beispiel für Bereiche wie den Satellitenbau genutzt werden kann. Essentium PET-CF und Essentium 9085 sind zwei weitere Hochleistungsmaterialien, die das offene Ökosystem industrieller Lösungen für die additive Fertigung ergänzen sollen.
Das Raumfahrtunternehmen Relativity Space hat einen Vertrag mit Lockheed abgeschlossen. Es wird eine Terran-1-Rakete für ein Programm der NASA mit einem 3D-Drucker herstellen. Das Projekt soll 2023 an den Start gehen.
Der polnische 3D-Drucker-Hersteller Zortrax hat gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA an der Entwicklung einer 3D-Drucktechnologie für äußerst starke Verbundkomponenten aus zwei PEEK-Polymermischungen gearbeitet. Eine von der ESA bereitgestellte elektrisch leitfähige PEEK-Verbindung kann gleichzeitig mit Standard-PEEK eingesetzt werden. Die Optimierungen, die in diesem Zusammenhang für den Zortrax Endureal Industrie-3D-Drucker vorgenommen wurden, sind in der kommerziellen Version des 3D-Druckers bereits enthalten.
Das US-amerikanische 3D-Druckunternehmen ICON arbeitet im Rahmen des Projekts „Olympus“ an einem neuartigen Konstruktions-3D-Drucker für den Bau von Gebäuden auf anderen Planeten. Vorrangig soll der Weltraum-3D-Drucker auf dem Mond oder gar Mars eingesetzt werden können. Finanziell unterstützt wird ICON dabei von der NASA und der U.S. Air Force.
Das Luft- und Raumfahrtunternehmen Orbex arbeitet seit Längerem intensiv an dem ersten großen Einsatz seiner Prime Rocket-Rakete aus dem 3D-Drucker. Die 3D-gedruckte Rakete soll Anfang 2022 erstmals im neuen Raumfahrtzentrum in Schottland „Sutherland Space Hub“ starten, wie jetzt bekannt wurde. Auch ein deutsches 3D-Druckunternehmen ist daran beteligt.
Das New Yorker Architekturbüro AI SpaceFactory gewann mit „Marsha“ die 3D-Printed Habitat Challenge der NASA. Bei dieser Challenge ging es darum, ein Umfeld zu konzeptionieren, das für das Leben auf dem Mars geeignet ist. Wir haben uns die Pläne zur Realisierung vom Projekt „Marsha“ – für ein Leben auf dem Mars – einmal genauer angesehen.
Der SpaceX-Helm, der von den Astronauten kürzlich auf dem Weg zur ISS genutzt wurde, beeindruckt viele Science-Fiction-Freunde mit seiner Optik. Daher finden sich bereits zahlreiche kostenlose STL-Dateien im Internet, mit denen der Helm mit einem handelsüblichen FDM-3D-Drucker nachgebaut werden kann. Beim Original wurde ebenfalls Angaben zufolge 3D-Druck eingesetzt.
PocketQubes sind eine kleinere Alternative zu den Kleinsatelliten CubeSats. Das Unternehmen Alba Orbital hat zusammen mit dem 3D-Druckunternehmen CRP Technology den 3D-gedruckten Deployer AlbaPod 2.0, der Ende 2020 freigesetzt werden soll, entwickelt.