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.
Forschern ist es erstmals gelungen mit dem Bio-3D-Drucker BioFabrication Facility (BFF) einen Meniskus im Weltraum im Bioprinting-3D-Druckverfahren herzustellen. Das Forschungsprojekt gelang im Rahmen eines Programmes, das den 3D-Biodruck an unterschiedlichen Orten untersucht. Wir stellen die Ergebnisse der Forschungsarbeit vor.
Die Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie (CASC) hat seinen ersten Test beim 3D-Druck in der Schwerelosigkeit durchgeführt. Eine Frachtrückführungskapsel kam mit zwei erfolgreich mit dem 3D-Drucker gedruckten Proben aus kontinuierlichen, kohlefaserverstärkten Polymerverbundwerkstoffen zurück, berichten chinesische Medien.
Das achtköpfige AIMIS-FYT-Team von der Hochschule München arbeitet an einem Verfahren, mit dem der 3D-Druck in der Schwerelosigkeit weiter optimiert werden soll. Im November können die Studenten im Rahmen einer ESA-Kampagne ihre bisherigen Entwicklungen bei Parabelflügen, bei denen die Schwerelosigkeit für eine kurze Zeit erreicht wird, testen. Wir stellen die Pläne und das Projekt einmal vor.
Die Softwareentwickler der deutschen Hyperganic Technologies AG haben einen Algorithmus entwickelt, mit dem sie die Fertigung von einem Raketentriebwerk optimieren konnten. Das Besondere daran ist, dass der Algorithmus die Informationen erhielt und dann mit Künstlicher Intelligenz eigenständig das beste, 3D-druckbare Design errechnete. So ist die Herstellung des Raketentriebswerks in einem Stück mit dem 3D-Drucker möglich.
Der Urin von Astronauten soll laut Wissenschaftlern des Østfold University Colleges in Norwegen dabei helfen, Gebäude mit 3D-Druck auf dem Mond aufzubauen. Zusätzlich mit weiteren Ressourcen, die auf dem Mond vorkommen, sei es somit möglich, die Kosten beim Transport von Baumaterial für die Mondbasen von der Erde ins All deutlich zu reduzieren.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird seine 3D-Druck-Kapazitäten dem Kampf gegen das neuartige Coronavirus zur Verfügung zu stellen. So sollen im Hause des DLRs dringend benötigte Atemschutzmasken und Ventile für Beatmungsgeräte im 3D-Drucker entstehen und das medizinische Personal besser davor beschützen, sich mit COVID-19 zu infizieren. Eine Vernetzung mit anderen Einrichtungen soll die tägliche Produktionszahl sukzessive erhöhen.
Das Unternehmen Skyrora ist normalerweise mit dem 3D-Druck von Raumfahrtkomponenten beschäftigt. In Zeiten der Coronavirus-Pandemie will das schottische Industrieunternehmen sein Land beim Kampf gegen das SARS-CoV-2-Virus unterstützen. Skyrora hat deshalb Visiere für Schutzhelme entwickelt und stellt diese in großer Stückzahl mit seinen 3D-Druckern her.
Forscher des Fraunhofer IWS und der TU Dresden in Sachsen haben gemeinsam Raketentriebwerke mit Aerospike-Düsen aus dem 3D-Drucker entwickelt. Diese entstanden mithilfe des 3D-Druckverfahrens Laser Powder Bed Fusion. Die Entwicklung zeigt, wie additive Fertigungsverfahren erfolgreich in bestehende Prozessketten integriert werden können.
Das in Schottland beheimatete Raumfahrtunternehmen Skyrora hat vor Kurzem seinen neu entwickelten Raketenantrieb aus dem 3D-Drucker vorgestellt. Der Motor zählt zu den größten Raketentriebwerken, die in Großbritannien je entstanden sind. Die additive Fertigung spielte bei der Entwicklung eine wesentliche Rolle. Wir stellen das Projekt einmal genauer vor.
Das 3D-Druckunternehmen Wipro 3D und das indische Luft- und Raumfahrtunternehmen Hindustan Aeronautics Limited (HAL) haben ein Memorandum of Understanding (MoU) unterzeichnet. Damit wollen sie gemeinsam an hochwertigen Luft- und Raumfahrtkomponenten arbeiten und die Bedeutung des Metall-3D-Drucks für die Luft- und Verteidigungsbranche in Indien stärken.
„Der kleine Major Tom“ ist eine Kinderbuchreihe, die 2018 erschienen ist und sich seither größter Beliebtheit bei Kindern, Eltern und Großeltern erfreut. Eine 3D-gedruckte Version des Hauptdarstellers durfte jetzt mit der Space-X 14 zur ISS reisen. 130 Millionen Kilometer später landete der Titelheld wieder auf der Erde. Wir stellen das Modell aus dem Großformat-3D-Drucker vom sächsischen Unternehmen Rapidobject einmal genauer vor.
Das russische 3D-Biodruckunternehmen 3D Bioprinting Solutions hat eigenen Angaben zufolge erstmals erfolgreich Knochengewebe auf der ISS mit einem 3D-Drucker hergestellt. Zum Einsatz kam der Bioprinter Organ.Aut, der speziell für dem 3D-Druck organischer Substanzen in der Schwerelosigkeit entwickelt wurde. Damit will das Unternehmen die medizinische Versorgung im All verbessern.
Forscher der University of Texas at Austin haben die gesammelten Daten über den Jezero Krater, der als Landeplatz für die NASA Rover Mission im nächsten Jahr eingeplant ist, in ein 3D-druckbares Modell umgewandelt. Dafür wurde eine spezielle Software entwickelt. Weltraum-Fans und Makers aller Couleur können sich das kostenlos zur Verfügung stehende STL-Datei mit einem 3D-Drucker nachbauen.
GE Additive hat mit dem Concept Laser M2 Series 5 auf der formnext einen neuen 3D-Drucker für streng regulierte Branchen wie Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt vorgestellt. Der 3D-Drucker bietet einige Optimierungen wie ein verbessertes Gasflusssystem und ein duales Lasersystem. Wir stellen das additive Fertigungssystem vor.
Das Unternehmen Oerlikon AM und die amerikanische United Launch Alliance (ULA) arbeiten gemeinsam an Komponenten für die neue Vulcan Centaur Rakete von ULA, die zu niedrigeren Produktionskosten und in geringerer Zeit additive hergestellt werden sollen. Oerlikon AM wird dabei den 3D-Druck der Metallteile übernehmen, für die ULA allerhöchste Qualitätsanforderungen definiert hat. Die 3D-gedruckten Metallteile sollen beim Start in der für 2021 geplanten Vulcan Centaur Rakete zum Einsatz kommen.
Im November startet der Frachtversorgungsflug von Northrop Grumman zur Internationalen Raumstation ISS. Mit an Board ist der Braskem Recycler, eine Kunststoffrecyclinganlage, die von den 3D-Druck-Spezialisten Made in Space und dem Unternehmen Braskem entwickelt wurde. Künftig soll so der Bedarf an Nachlieferungen von Rohstoffen an Raumstationen verringert werden.
Das auf 3D-Druck spezialisierte Unternehmen Relativity Space arbeitet derzeit an seiner ersten eigenen Rakete, der Terran 1, die nahezu komplett mit einem riesigen 3D-Drucker entstehen soll. Der selbst entwickelte Stargate-3D-Drucker, nach jetzigem Stand der wohl größte Metall-3D-Drucker der Welt, sollen die Raketen deutlich kürzer und günstiger herstellen als konventionelle Verfahren. Und zwar in nur 60 Tagen.
Kosmonauten aus Russland ist es erstmals gelungen, auf der internationalen Raumstation ISS Fleisch mit einem 3D-Drucker herzustellen. Damit erlangt das Ziel, langfristig individuelle Speisen in größeren Mengen im Weltall mit 3D-Druckern herzustellen, einen neuen Meilenstein. Verläuft die angelegte Testreihe erfolgreich, wären so ausgedehntere Missionen ins All möglich. Eine Übersicht der aktuellen Gegebenheiten.
Forscher der britischen Loughborough University haben ein Verfahren entwickelt, mit der sie Mondstaub für den 3D-Druck nutzen können. Damit sollen zum Beispiel wichtige Objekte auf dem Mond gebaut werden, bevor Astronauten auf dem Planeten landen. Denkbar sind zum Beispiel optimierte Landebereiche. Aber das Verfahren bietet noch mehr Möglichkeiten.
Das amerikanische Technologieunternehmen Electronic Alchemy hat mit dem 3D-Drucker eForge ein System für den 3D-Druck von Elektronik im Weltraum vorgestellt. Der 3D-Drucker verfügt über 8 Extruder und erfüllt dem Hersteller zufolge die hohen Anforderungen für einen Flug in den Weltraum.