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.
NASA-Projekt „Omics in Space“: Ein neues Mikrobiologieprojekt der NASA zielt darauf, medizinische Instrumente mit Hilfe von 3D-Druckern zu entwickeln, die mit Flüssigkeiten wie Blutproben umgehen können, ohne sie in der Schwerelosigkeit zu verschütten. Die 3D-gedruckten Instrumente werden auf der Internationalen Raumstation (ISS) getestet und könnten dazu verwendet werden, um Astronauten gesund zu halten.
Zusammen mit SIA Engineering Company hat der 3D-Druck-Spezialist Stratasys die Gründung von einem 3D-Druck Service-Center für Luftfahrt angekündigt. Das Center für additive Fertigung soll in Singapur entstehen und sich zunächst auf die Vor-Ort-Fertigung von Werkzeug und Komponenten für Innenkabinen konzentrieren.
Dem US-amerikanischen Unternehmen Rocket Lab gelang es, mit der Rakete Electron, drei Kleinsatelliten ins Weltall zu schießen. Die Rakete startete von neuseeländischem Boden aus und ermöglicht es, die Satelliten deutlich kostengünstiger ins All zu schicken, als dies bei anderen Anbietern der Fall ist.
Der Werkstoffwissenschaftler Prof. Dr.-Ing. Thomas Niendorf von der Universität Kassel hat eine neue Stahllegierung für den 3D-Druck entwickelt, die eine hohe Schadenstoleranz aufweist und so künftige gedruckte Produkte sowohl sicherer als auch zuverlässiger machen wird. Vor allem die Luft- und Raumfahrt aber auch die Automobilindustrie können von den spannenden Forschungsergebnissen profitieren. Wir stellen die Arbeit von Prof. Dr.-Ing. Thomas Niendorf einmal genauer vor.
Die US-Weltraumagentur NASA und das Unternehmen AeroJet Rocketdyne haben erfolgreich das RS-25 Raketentriebwerk getestet, dessen Komponenten teilweise mit dem 3D-Drucker gefertigt wurden. Das Triebwerk wurde zum Einsatz im Space Launch System (SLS) entwickelt, welches ein Astronauten-Team in der Nähe des Mondes um das Jahr 2020 herum entsenden wird. Die Herstellungskosten und Gewicht konnten dank der 3D-Druck-Bauteile teils erheblich gesenkt werden.
Zare, ein italienisches Feinmechanik-Unternehmen und spezialisiert auf Komponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie, hat mit dem SLM 280 2.0 einen 3D-Drucker vom deutschen Hersteller SLM Solutions in Betrieb genommen.
Die deutsche FIT AG und die russische NIK Ltd. haben eine Unternehmenskooperation beschlossen. Unter dem Joint Venture FITNIK sollen additiv gefertigte Bauteile für die russische für Luft- und Raumfahrtindustrie entstehen.
Das von Optomec Inc. entwickelte LENS-System soll eine erschwingliche additive und subtraktive Verarbeitung von reaktiven Metallen ermöglichen. Dafür werden unter anderem eine hermetisch abgedichtete Kammer und ein Gasreinigungssystem genutzt. Insgesamt umfasst das Maschinen-Tool vier verschiedene Anlagen.
Das brasilianische Unternehmen Braskem sowie der 3D-Drucker-Hersteller Made in Space haben eine Technologie entwickelt, mit der auf der ISS Kunststoffe recycelt und für den 3D-Druck verwendet werden können. Diese möchten wir Ihnen im folgenden Beitrag etwas näher vorstellen.
Der Refabricator ist ein wirkungsvoller Weg, um das Recycling und den 3D-Druck im Weltall und auf der Erde deutlich zu vereinfachen.
Von der Raumstation ISS starteten gestern drei verschiedene Satelliten ins All. Die manuellen Starts wurden zu Beginn eines sechsstündigen Außenaufenthalts zweier russischer Kosmonauten vorgenommen. Einer dieser Satelliten, das Modell Tomsk TPU-120, wurde fast vollständig mit einem 3D-Drucker hergestellt.
Gemeinsam mit der Europäischen Weltraumagentur ESA arbeiten Airbus und 3D Systems am ersten Radiofrequenz Filterprojekt. Dabei setzen die Unternehmen auf den 3D-Druck mittels DMP-Technologie.
Bereits im Jahr 2012 wurde der Werkstoff Aerographit entwickelt. Nun haben ihn Forscher der TU Hamburg-Harburg und Mitarbeiter von Airbus für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie getestet.
Das in Arizona ansässige Raumflugunternehmen Vector Space System absolvierte im Mai mit der Vector-R-Rakete den ersten erfolgreichen Testflug. Diese Rakete wurde nun mit einem 3D-Injektor ausgestattet und startete Anfang August zum zweiten Mal.
Die nächste Generation von Raumfahrzeugen, die ab dem Jahr 2030 ins Weltall steigt, wird wahrscheinlich von einem Raketenantrieb mit bahnbrechender Technologie in den Orbit befördert. Der hierzu wahrscheinlich verwendete Prometheus-Motor wurde vor Kurzem vorgestellt. Auch der Metall-3D-Druck spielt eine bedeutende Rolle.
Das britische Unternehmen Renishaw wird mit seiner Tochterfirma Renishaw Ibérica dem spanischen Futuralve Projekt beitreten. Geplant ist, dass die neuen Metall-3D-Drucker des Unternehmens dazu beitragen, Hochgeschwindigkeitsturbinenschaufeln für die Luft- und Raumfahrt produzieren zu können.
Das im US-Bundesstaat Utah ansässige Unternehmen Optisys hat das Herstellungsverfahren für Metallantennen überarbeitet und nutzt für die Fertigung der Einzelteile oder auch der kompletten Antenne nun Metall-3D-Drucker von Concept Laser. Optisys konnte damit seinen gesamten Produktions- und Kostenplan erheblich optimieren.
Stratasys vermeldet die Kooperation mit dem Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) beim 3D-Druck eines TransRoPorters für unbemannte Marsmissionen. Hintergründe, Bilder und Details zur Kooperation gibt es in diesem Beitrag.
Schon oft wurde darüber berichtet, dass der 3D-Druck in der Weltraumforschung eine große Rolle spielen wird. Einer der Vorteile dieser Technologie liegt sicher darin begründet, dass mit einem 3D-Drucker an Bord Werkzeuge und andere Gegenstände hergestellt werden können. Forscher der Carleton University in Ottawa (Kanada) arbeiten nun an einem replizierenden 3D-Drucker und planen weit über den gegenwärtigen Stand der Forschung hinaus.
Die europäische Weltraumorganisation ESA entdeckt das Material PEEK für die Herstellung von Nanosatelliten. Es soll zukünftig vielseitig im Weltraum eingesetzt werden.