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.
AMCM stellt das neue M 8K-System vor, welches das Potential im 3D-Druck von Metall erweitert. In Kooperation mit der ArianeGroup wird das System unter anderem für die Produktion von Raketentriebwerken eingesetzt. Die Integration neuester Technologien verspricht dabei eine Verbesserung der Prozesskontrolle und Qualitätssicherung.
Bright Laser Technologies (BLT) arbeitet mit i-Space zusammen und nutzt die additive Fertigung, um fortschrittliche Komponenten für den JD-2 Raketenmotor zu entwickeln. Dieser Fortschritt zeigt das wachsende Potential des 3D-Drucks in der Raumfahrtindustrie. Wir stellen Details zu der Zusammenarbeit vor.
Das von der ESA unterstützte In-orbit Manufacturing Accelerator-Programm hat zwei 3D-Druck-Unternehmen, Photocentric und DCUBED, in den Fokus genommen, um die Herstellung im Orbit voranzutreiben. Beide Unternehmen arbeiten an spannenden Projekten, die die Zukunft der Raumfahrttechnik beeinflussen könnten.
Die Rückkehr des Dragon-Raumschiffs von SpaceX markiert einen Meilenstein in der Weltraumforschung. An Bord befand sich ein mit Redwire’s BioFabrication Facility im Weltraum 3D-gedrucktes menschliches Meniskusgewebe, das nun auf der Erde analysiert wird. Dieses Projekt könnte den Weg für zukünftige medizinische Anwendungen des 3D-Drucks weisen.
Das iLAuNCH Trailblazer Projekt in Australien fokussiert sich auf den Einsatz von 3D-Druck in der Raumfahrtindustrie. Mit Unterstützung von Universitäten und Industriepartnern wird eine Produktionsstätte für langlebigere Satelliten und hypersonische Raumfahrzeugstrukturen errichtet. Besonders das Elektronenstrahlschmelzen soll zum Einsatz kommen.
Im AstroCardia-Projekt arbeiten belgische Partner daran, ein 3D-biogedrucktes Miniatur-Herzmodell zu entwickeln und es ins Weltall zu senden. Die Mission, die 2025 startet, zielt darauf ab, die Auswirkungen des Alterns auf das Herz zu untersuchen und die Erkenntnisse könnten die personalisierte Medizin vorantreiben.
Orbital Composites, ein Unternehmen für additive Fertigung, hat kürzlich Verträge über mehrere Millionen Dollar für die Herstellung im Weltraum gesichert. Zusammenarbeiten werden sie u. a. mit der US Space Force und dem Air Force, um fortschrittliche Antennen und CubeSats zu entwickeln. Ein zentraler Fokus liegt auf dem 3D-Druck großer Antennen im All.
Die Indian Space Research Organisation (ISRO) hat den Magic 800 DED 3D-Drucker von AddUp erworben, um ihre Fähigkeiten im Bereich Raumfahrt und 3D-Druck zu erweitern. Der Drucker wurde Anfang 2023 vorgestellt und stellt eine wichtige Komponente in Indiens Raumfahrt-Plan dar. Eine enge Zusammenarbeit zwischen AddUp und ISRO wird in den nächsten Jahren erwartet.
Studenten der Universität Colorado Boulder haben durch den Einsatz von Metall-3D-Druck ein zuverlässiges Raketenturbopumpenkonzept entwickelt. Mit Unterstützung von Branchenexperten und führenden Unternehmen konnte das Duo Fortschritte bei der Fertigung von Raketenbauteilen erzielen.
Das deutsche Unternehmen Weber additive arbeitet im Rahmen des Empower-AX Netzwerks an aufregenden Projekten, die den 3D-Druck mit Kohlenstofffasern und Epoxiden vorantreiben. Die Verbindung verschiedener Materialien und Techniken ermöglicht eine gezielte Optimierung mechanischer Bauteileigenschaften. So bietet der 3D-Druck neue Möglichkeiten für Industrie und Produktion.
Die taiwanische Firma Rayvatek arbeitet mit SLM Solutions aus Deutschland zusammen, um Hochleistungsprodukte für die Luft- und Raumfahrt mithilfe von additiver Fertigung, besser bekannt als 3D-Druck, zu entwickeln. Die Zusammenarbeit zielt darauf ab, technische Einschränkungen herkömmlicher Herstellungsverfahren zu überwinden und effizientere Produktionsprozesse zu ermöglichen.
In einer wegweisenden Kooperation mit der ESA, OHB System AG und Lithoz GmbH hat das 3D-Druck-Unternehmen Incus ein Projekt abgeschlossen, das die Machbarkeit der Lithographie-basierten Metallfertigung (LMM) im lunaren Umfeld demonstriert.
Agile Space Industries, ein Anbieter von Raumfahrtantriebslösungen, hat kürzlich eine Finanzierungsrunde über 13 Millionen Dollar abgeschlossen. Mit der Investition plant das Unternehmen, seine Produktionsoperationen zu erweitern und den Bedarf mehrerer Kunden für Mondlandemissionen zu decken.
ThrustMe, ein französischer Hersteller von Raumfahrtantrieben, hat 3DCERAM als 3D-Drucklieferant ausgewählt, um keramische Materialien für ihre Antriebssysteme zu nutzen. Das Unternehmen hat sich auf die Miniaturisierung von elektrischen Antriebssystemen spezialisiert und betont die Vorteile des 3D-Drucks bei komplexen Formen.
Skyrora Ltd. hat kürzlich das Treffen des Made-3D-Konsortiums des Horizon Europe Forschungs- und Innovationsprogramms der Europäischen Union ausgerichtet. Das Projekt zielt darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit von Mehrmaterialkomponenten und -produkten für eine Vielzahl von Anwendungen zu erhöhen.
GKN Aerospace geht mit der Inbetriebnahme von Cell 3, der weltweit größten bekannten DED-LB-3D-Druck-Zelle, einen großen Schritt in Richtung effizienter und nachhaltiger Produktion. Die neue Zelle ermöglicht die Herstellung großer Titanstrukturen und wird für die Fertigung sicherheitskritischer Strukturen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Das französische Unternehmen JPB Système beteiligt sich am 3D-Druck-Hersteller Addimetal und plant, eine offene Hardwareplattform und das Metall-Binder-Jetting-Verfahren zu entwickeln. Die Zusammenarbeit zielt darauf ab, Kleinserien komplexer, leichter und wiederholbarer Teile zu ermöglichen. Versuche von JPB zeigen bisher verkürzte Gesamtdurchlaufzeiten und erhebliche Gewichtseinsparungen durch die Anwendung von MBJ.
Das schottische Unternehmen Skyrora testet 3D-gedruckte Raketentriebwerke und bereitet diese auf den Weltraumstart vor. Verglichen zu früheren Raketentriebwerken sollen mit der von Skyrora entwickelten Skyprint-2-Maschine 3D-gedruckte Raketentriebwerke in der Hälfte der Zeit bei niedrigeren Kosten produzieren. Die Tests werden in der der größten Anlage in Großbritannien durchgeführt.
TRUMPF, ein Hochtechnologieunternehmen, nutzt 3D-Druck und Lasertechnologie, um die Luftfahrtbranche bei der Gewichtsreduktion und Entwicklung effizienterer Triebwerke zu unterstützen. Damit trägt das Unternehmen entscheidend zur Dekarbonisierung der Luftfahrt bei. Eine weitere Einsatzmöglichkeit der Technik ist die kostensparende Instandsetzung beschädigter Triebwerkschaufeln.
Das 3D-Druck-Unternehmen nano3Dprint und das Projekt Finite Space sind eine Partnerschaft eingegangen. Das Ziel: Mit dem transportfähigen 3D-Drucker A2200 sollen künftig unter anderem Rover und Werkzeuge für das Weltraumforschungsteam direkt im Weltraum hergestellt werden, um autarke Kolonien zu ermöglichen.