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.
Markforged und Sidus Space arbeiten an 3D-gedruckten LizzieSat-Satelliten, die strengen Zertifizierungsstandards entsprechen und unter 100 kg wiegen. Mit dem Onyx FR-A Material können Satellitenkomponenten mit metallähnlicher Festigkeit und geringem Gewicht hergestellt werden. Der erste 3D-gedruckte Satellit soll in diesem Jahr mit dem SpaceX Transporter-9 starten.
Die Redwire Space NV hat einen Auftrag über 14 Millionen Euro von der Europäischen Weltraumorganisation erhalten, um eine fortschrittliche 3D-BioSystem-Anlage zu entwickeln. Diese könnte in Zukunft sogar vaskularisiertes Gewebe und transplantierbare Organ-Pflaster mit Hilfe von 3D-Bioprinting drucken, wodurch sie einen entscheidenden Fortschritt in der regenerativen Medizin darstellt.
Essentium stellt sein neues Polycarbonat „Altitude“ für den FDM-3D-Druck vor, das Temperaturen von bis zu -60 °C standhält und für zahlreiche Anwendungen im Freien geeignet ist. Das Material ist kompatibel mit Open-Source-FDM-3D-Druckern und wurde für Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Kühllagerung, Wartung und Bauwesen entwickelt.
Die Purdue University möchte Berufstätigen im Bereich Ingenieurwesen und Management dabei helfen, mit einem Hyperschall-Graduiertenzertifikat im Job voranzukommen. Hyperschallforschung und -Entwicklung sind wichtige Bereiche für das Wachstum der kommerziellen Raumfahrt. Zudem hat sich die Purdue University in den vergangenen Jahren zu Amerikas Forschungs- und Testzentrum für Hyperschalltechnik entwickelt.
In China fand vor wenigen Wochen die erste Konferenz zum Bau von Mondbasen statt. Dort wurde die Mondbasis „Lunar Pot Vessel“ und andere Beispiele vorgestellt. Der Bau einer Mondbasis wäre vor allem mit lokalen Materialien wie Monderde realisierbar.
Kürzlich führte das US-amerikanische Raumfahrtunternehmen Relativity Space einen Testflug für seine 3D-gedruckte Rakete „Terran 1“ durch. Das Unternehmen fasst dazu die wichtigsten Ergebnisse zusammen. Außerdem gewährt es Einblick in seine Pläne für seine größere Terran R-Rakete, die ebenfalls mit 3D-Druck entstehen soll.
Forscher der Florida International University (FIU) ihre Arbeit an 3D-Druck-Strukturen aus simuliertem Mondstaub vorgestellt. Ihre Arbeit soll die Fähigkeiten für die In-Situ-Ressourcennutzung auf dem Mond verbessern. Die Forscher wollen als Nächstes sicherstellen, dass die mit dem 3D-Druck konstruierten Strukturen der extremen Umgebung auf dem Mond standhalten können.
Das australische Unternehmen Conflux Technology geht eine Kooperation mit der Rocket Factory Augsburg ein. Zusammen wollen sie mit 3D-Druck den Conflux-Wärmetauscher in den Gaskanal einer Orbitalrakete einbetten. Der additiv gefertigte Wärmetauscher soll noch in diesem Jahr entwickelt und produziert werden.
US-Forscher der University of Texas at El Paso beteiligen sich an einem Projekt der NASA zum 3D-Druck von Batterien aus Materialien, die im Mond- und Marsboden zu finden sind. Dazu zählt vor allem Regolith. Am Projekt sind unter anderem auch ICON, Formlabs und weitere Bildungseinrichtungen beteiligt. Ziel ist es, mit 3D-gedruckten Batterielösungen den Flug zum Mars oder auch zum Mond möglichst nachhaltig zu gestalten und die örtlichen Ressourcen zu nutzen.
Die nahezu fast komplett mit einem 3D-Drucker hergestellte Terran 1-Rakete sollte vor wenigen Wochen zum ersten Mal getestet werden. Leider schlugen erste Versuche fehl. Nun kam es erneut zu Startversuchen mit der Terran 1. Es klappte jedoch nicht so, wie sich Relativity Space das erhoffte.
L3Harris Technologies prüft unter anderem 3D-gedruckte Hochfrequenzschaltungen und 3D-Druck-Materialproben unter realen Weltraumbedingungen. Das Projekt ist Teil der 27. Commercial Resupply Services (CRS)-Mission von SpaceX. Die 3D-3D-Drucker-Materialien werden sechs Monate lang getestet und die neuen Ergebnisse mit früheren ISS-Experimenten und Bodentests vergleichen.
Die NASA plant, zwei neue Institute zu gründen, um Technologien in kritischen Bereichen für die Ingenieur- und Klimaforschung zu entwickeln. Eines der Institute wird sich auf den 3D-Druck und die Quantensensorik zur Unterstützung der Klimaforschung konzentrieren. Das andere Institut wird daran arbeiten, die schnelle Zertifizierung von Metallteilen zu ermöglichen.
Derzeit sind drei Experimente der studentischen Kleinsatellitengruppe KSat e.V. der Universität Stuttgart aus Baden-Württemberg auf dem Weg zur ISS. Um ihre Experimente auf der Reise zur ISS gut schützen zu können, benötigten sie stabile Strukturbauteile aus dem 3D-Drucker. Hierbei konnte ihnen das Fraunhofer IPT erfolgreich helfen.
Das 3D-Druck-Unternehmen Relativity Space arbeitet seit Jahren an seiner 3D-gedruckten Rakete Terran 1 und anderen größeren Modellen wie der Terran R. Die Terran 1, die sich in nur 60 Tagen mit einem 3D-Drucker herstellen lässt, sollte am 11.03.2023 erstmals starten – ein Meilenstein in der Geschichte der Raumfahrt. Leider schlugen erste Versuche aufgrund von Verzögerungen und kleineren Problemen fehl. Nun wird der Start in Kürze nachgeholt.
Am 8. März 2023 wird die erste Testflugmission der 3D-gedruckten Rakete Terran 1 des Unternehmens Relativity Space durchgeführt. Diese trägt den Namen „Good Luck, Have Fun“ und soll ohne Kundennutzlast stattfinden. Die Terran 1 wird vom Launch Complex 16 in Cape Canaveral starten.
Ein voll funktionsfähiger Mars-Rover wurde von einem Team Bachelorstudierender der FHNW Fachhochschule Nordwestschweiz mithilfe von SLS-3D-Druck-Teilen entwickelt. Das Team nahm damit erfolgreich an der European-Mars-Rover-Challenge teil und erreichte den 6. Platz.
Das Unternehmen Sciperio druckte mit den 3D-Druckern seiner Schwesterfirma nScrypt kleine Mini-Satelliten, so genannte CubeSats. Die Satelliten wurden vollständig im den 3D-Druckern von nScrypt, dem Factory in a Tool (FiT)-System, hergestellt. Wir fassen das Wichtigste zusammen.
Die 3D-Objekte, die von Orion Additive Manufacturing für den Rover Rashid hergestellt wurden, werden die ersten PEEK-Objekte aus einem 3D-Drucker sein, die den Mond berühren. Aktuell befinden sie sich auf dem Weg dorthin und werden voraussichtlich im April 2023 den ersten Kontakt mit der Mondoberfläche aufnehmen. Die Teile wurden mit PEEK-gedruckt, von dem Orion AM in Studien nachgewiesen hat, dass sie mit ihrem proprietären 3D-Druckverfahren die Spritzgussfestigkeit mehrerer PEEK-Materialien übertreffen.
Die Weber State University in Utah (USA) hat den 3D-Drucker CBAM-2 von Impossible Objects installiert. Mit dem neuen AM-System möchte die Universität die Forschung an Verbundwerkstoffen, vor allem für den 3D-Druck, vorantreiben. Das neue CBAM-3D-Druck-System wird vor allem für die Luft- und Raumfahrtforschung von Hochschulen, Verteidigungsunternehmen und ihren kommerziellen Partnern eingesetzt.
Forscher der Skoltech nutzten den 3D-Druck, um eine Bronze-Stahl-Legierung zu entwickeln. Die Wahl fiel auf Bronze und Stahl, weil sich die Eigenschaften der Materialien sehr gut ergänzen. Die neue Legierung ist vor allem für Luft- und Raumfahrt von Interesse.