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 Startup Techshot hat eine Zusammenarbeit mit der NASA beschlossen, für die Entwicklung von einem Bioprinter namens BioFabrication facility (BFF), der Organe im Weltraum unter Schwerelosigkeit drucken können soll. Irgendwann einmal soll der Weltraum-3D-Drucker für organische Substanzen auf der Internationalen Raumstation ISS zum Einsatz kommen.
Relativity Space, ein dreijähriges Startup-Unternehmen mit Sitz in Los Angeles, das Raketen mit 3D-Druckern bauen will, gab am Donnerstag einen Vertrag mit der U.S. Air Force über den Bau und Betrieb einer Startanlage auf der Cape Canaveral Air Force Station in Florida bekannt. Ziel des Startup sind Raketen mit bis zu 100 mal weniger Teilen. Dafür kommt auch der Stargate, einer der weltweit größten Metalldrucker zum Einsatz.
Russischen Forschern ist es gelungen, mit Hilfe von dem Bioprinter Organ.Aut, erfolgreich die Schilddrüse einer Maus im 3D-Druckverfahren herzustellen. Der Spezial-3D-Drucker wurde speziell für den Einsatz in Schwerelosigkeit getestet und kam auf der ISS zum Einsatz.
Interplanetare Landefahrzeuge sind teuer und verbrauchen viel Energie. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA kooperiert seit Kurzem mit dem US-Softwarehersteller Autodesk, um kosteneffizientere und energiesparendere Landefahrzeuge mit Unterstützung der 3D-Drucker zu entwickeln. Das Design bietet dabei viel Potenzial, um die gewünschten Einsparungen zu erreichen.
Beim Absturz der russischen Sojus-Rakete wurde auch ein 3D-Biodrucker zerstört, wie die NASA in einer Pressemitteilung mitteilte. Von dem Bioprinter Organ.Aut des Herstellers 3D Bioprinting Solutions stehen noch weitere 3D-Drucker bereit, doch bevor die ins Weltall starten, soll der Unfall zunächst vollständig aufgeklärt werden.
Mit dem MELT 3D-Drucker stellt die European Space Agency ESA einen Weltraum-3D-Drucker vor, der vor allem in der Schwerelosigkeit zum Einsatz kommen soll. Der MELT 3D-Drucker muss in der Lage sein, aus jeder Richtung bzw. in jeder Position dreidimensionale Objekte herstellen zu können. Auch unter besonderen Bedingungen wie der Mikrogravitation soll der 3D-Drucker funktionieren, was ihn für den Einsatz auf der ISS empfiehlt.
Die NASA und die University of Nebraska testen derzeit das Filament PLAACTIVE von Copper 3D. Mit dem antibakteriellen Filament sollen eine hohe Anzahl an Mikroorganismen abgetötet werden können. Das Material wäre bei längeren Aufenthalten im Weltall von großem Nutzen, sollten die Tests erfolgreich verlaufen.
Mit der 3D-Printed Habitat Challenge möchte die NASA Wege erforschen, wie sie Lebensraum auf dem Mars oder Mond schaffen kann. Ziel ist es hierbei, nachhaltige Gebäude zu bauen und dies möglichst mit Materialien von Mars und Mond, um Transportkosten auf ein Minimum zu reduzieren. Mit dem Projekt MARSHA ist der AI SpaceFactory ein guter Beitrag in der 3D-Printed Habitat Challenge der NASA gelungen. Wir stellen das zylindrische Gebäude aus dem 3D-Drucker einmal genauer vor.
Die beiden Schweizer Firmen, das Technologieunternehmen Oerlikon und das Rüstungsunternehmen Ruag, werden künftig bei 3D-gedruckten Raumfahrtkomponenten mehr zusammenarbeiten. Ihr gemeinsames Ziel liegt darin, Schweizer Weltraumwerkzeuge auch mit Hilfe von 3D-Druckern zu produzieren.
Lockheed Martin arbeitet derzeit in Kooperation mit der NASA an riesigen Titantanks für die Raumfahrt. Dafür werden nach umfangreichen Tests nun auch 3D-Drucker für die Fertigung eingesetzt. Dank dem 3D-Druck konnte man die Zeit für die Herstellung der Titan-Tanks von mehreren Jahren auf wenige Monate verkürzen.
Ein Team von Forschern der Chinese Academy of Sciences (CAS) hat sich zum Ziel gesetzt, den 3D-Druck in der Schwerelosigkeit einsetzen zu können. Mithilfe der DLP-Technik gelang ihnen in diesem Bereich eigenen Angaben zufolge auch große Fortschritte. Vor allem ein großes Probleme konnte gelöst werden.
EOS stellte auf der RAPID+TCT 2018 ihre neue 3D-Druck-Plattform vor, den EOS P 810. Dieser kam zusammen mit dem neuen PEKK-Werkstoff HT-23. Das großformatige Doppellaser-System und der Werkstoff eignen sich sehr gut für die Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, da sie alle strengen Anforderungen erfüllen. Doch das ist nicht das einzige, was für dieses System spricht.
Zum 3D-Druck können viele Materialien verwendet werden. An Plastik denken dabei die meisten, doch gehen auch verschiedene Metalle oder organische Substanzen. Ein Team von Studenten der University of Calgary hat jetzt eine Methode für die Raumfahrt vorgestellt, um aus dem Endprodukt – den Ausscheidungen – der Astronauten 3D-Drucker-Material herzustellen.
Schon bald soll die neue Ariane 6 Rakete startbereit sein. Es wird eifrig an der Entwicklung der Ariane 6 gearbeitet, die teilweise mit Bauteilen aus dem 3D-Drucker ausgestattet ist. Allein ein Bauteil, welches aus bis zu 200 Einzelteilen bestand und zusammengeschweißt werden musste, soll mit Hilfe der 3D-Drucker jetzt als ganzes Stück hergestellt werden und spart somit enorme Zeit und Kosten in der Produktion.
Die Raumstation ISS erhält in Kürze einen Austausch seiner 17 Jahre alten Drucker. Drucker, die auf einer Raumstation zum Einsatz kommen, müssen deutlich mehr Anforderungen erfüllen als die üblichen Geräte, zum Beispiel kopfüber drucken können. Erfüllen sie diese Anforderungen, haben sie dann die Eigenschaft „Space-Grade“ und sind geeignet fürs Weltall. Die HP Envy ISS Drucker enthalten auch Bauteile aus dem 3D-Drucker.
Das Laser Wire Direct Closeout (LWDC) ist ein Metall-3D-Druckverfahren welches von der NASA entwickelt und jetzt vorgestellt wurde. Das Verfahren, das auf einem drahtbasierten Ausgangsmaterial beruht, befindet sich derzeit im Lizenzierungsprozess und soll in Sachen Zeit- und Kostenersparnis wettbewerbsfähig sein. Ziel der NASA ist auch die Kommerzialisierung.
Der 3D-Druck erweißt sich in der Raumfahrt immer häufiger als äußerst nützlich. Astronauten haben es auf ihren Missionen einfacher, Dinge auf Bedarf selbst vor Ort produzieren zu können, unter anderem Werkzeug. Missionen werden also kostengünstiger. Airbus und IBM haben jetzt in Kooperation mit Hilfe von 3D-Drucker CIMON entwickelt, einen Assistenten der mit künstlicher Intelligenz Astronauten auf ihren Missionen unterstützt.
Das längste Objekt aus einem 3D-Drucker, welches je hergestellt wurde, ist 37,7 Meter lang. Hergestellt wurde es von dem US-Unternehmen Made In Space. Als 3D-Druckverfahren kommt eine Technologie zum Einsatz, die Astronauten in Zukunft bei Langstreckenmissionen unterstützen soll, Instrumente und andere benötigte Objekte auf Bedarf im Weltraum selbst herzustellen. Das 3D-gedruckte Objekt erhält in Kürze seinen Eintrag in das Guinness-Buch der Weltrekorde.
Der Luftfahrtriese Boeing hat eine sechsjährige Partnerschaft mit dem Schweizer Unternehmen Oerlikon gestartet, mit dem Ziel der Standardisierung von 3D-Druckverfahren und Entwicklung neuer 3D-Drucker-Materialien, die den hohen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie gerecht werden. Es wird außerdem versucht, die additive Fertigung struktureller Titan-Luftfahrtteile voranzutreiben.
Die OHB Systems AG vermeldete vor Kurzem die Unterzeichnung eines Vertrages mit der europäischen Weltraumagentur ESA, der die Erforschung des 3D-Druck-Verfahrens zum Ziel habe. Ziel der Studie ist es unter anderem, den Aufwand für die Realisierung des 3D-Drucks auf einer Mondbasis zu analysieren.