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 europäische Luft- und Raumfahrtunternehmen Airbus und die ESA planen mit dem Metal3D einen ersten Metall-3D-Drucker auf der Raumstation ISS zu installieren. Damit will das Unternehmen erstmals den 3D-Druck von Metallobjekten im Weltraum möglich machen. Langfristiges Ziel ist es, unter anderem Satelliten im All zu recyceln und daraus neue Komponenten im All zu drucken.
Forscher aus Japan von der Kyushu University haben zusammen mit Partnern nach einer Methode gesucht, um mit 3D-Druck Einkristall-Strukturen aus reinem Nickel herzustellen. Dazu verwendeten sie als 3D-Druckverfahren das selektive Laserschmelzen. Einkristall-Strukturen aus Hochtemperaturmetallen wie Nickel eignen sich besonders gut für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und eröffnen ganz neue Anwendungsmöglichkeiten für die additive Fertigung.
Das Raumfahrtunternehmen Fleet Space Technologies (Fleet) hat seinen Satelliten Centauri 5 erfolgreich auf der Space X Falcon 9 Transporter-5-Mission gestartet. Dieser verfügt über komplett mit 3D-Druck hergestellte Ganzmetall-Patchantennen. Es war der dritte erfolgreiche Start von Fleet mit Space X.
Das US-Unternehmen Ursa Major hat sein größtenteils 3D-gedrucktes Arroway-Raketentriebwerk fertiggestellt, das ab sofort bestellbar ist und ab 2025 ausgeliefert werden soll. Das 3D-gedruckte Raketentriebwerk Arroway soll die bisher in Russland hergestellten Triebwerke ersetzen.
Das 3D-Druck-Unternehmen 3D Systems wurde von Airbus Defence and Space mit der Herstellung von Komponenten für den Telekommunikationssatelliten OneSat beauftragt. 3D Systems hat dafür eine Additive Manufacturing-Fertigungslösung mit seinem 3D-Drucker DMP Factory 500 vorgestellt.
Die japanische Mitsubishi Corporation hat einen 3D-Drucker entwickelt, der in der Lage sein soll, im Weltraum benötigte Dinge wie zum Beispiel Satellitenantennen herzustellen. Für den 3D-Druck verwendet Mitsubishi ein speziell auf den Einsatz im All abgestimmtes Harz. Wir stellen den Spezial-3D-Drucker von Mitsubishi, der die Kosten für die Raumfahrtunternehmen reduzieren soll, einmal genauer vor.
Südkoreanische Forscher der Korea Maritime and Ocean University haben einen Weg gesucht, wie sie Defekte in Hochleistungsmaterialien, die oft rauen Bedingungen standhalten müssen und beim 3D-Druck auftreten können, vermieden werden können. In ihrer Studie konnten die Wissenschaftler durch die Steuerung des Mischungsgradienten der Komponentenmaterialien in funktional abgestuften Materialien die mechanischen Eigenschaften verbessern. Wir fassen die Arbeit zusammen.
Das Unternehmen Alba Orbital hat mit „Alba Cluster X“ erfolgreich an der neuesten Weltraummission von Rocket Lab aus Neuseeland teilgenommen. Dabei wurden vier PocketQubes, die per Selektivem Lasersintern mit 3D-Druck entstanden sind, jetzt erfolgreich in eine kreisförmige Umlaufbahn gebracht.
Das US-amerikanische Raumfahrtunternehmen X-Bow Systems konnte 27 Mio. US-Dollar in einer Serie-A-Finanzierung einsammeln. Mit dem Kapital möchte X-Bow sein Produktportfolio für Feststoffraketenmotoren erweitern und dabei weiter die additive Fertigung einsetzen. In Kürze soll auch ein statischer Test von X-Bows Ballesta-Feststoffraketenmotors stattfinden.
Das US-amerikanische Unternehmen Launcher konnte vor wenigen Tagen erstmals sein 3D-gedrucktes E-2-Flüssigkeitsraketentriebwerk erfolgreich testen. Sie konnten den Nennschub, Druck und das Oxidationsmittel-/Kraftstoff-Mischungsverhältnis erfolgreich demonstrieren. Wir stellen die aktuellen Tests und Entwicklungen einmal genauer vor.
Das niederländische Metall-3D-Druck-Unternehmen Additive Industries eröffnete in britischen Filton sein neues Prozessentwicklungs- und Anwendungszentrum. Eröffnet wurde die Einrichtung von Führungspersonen der NASA und der ESA. Wir stellen es einmal genauer vor.
Die NASA hat mit der GRX-810-Metalllegierung ein neues 3D-Druck-Material für Anwendungen in Hochleistungssystemen der Luft- und Raumfahrt vorgestellt. Das Material soll Temperaturen von über 1090 °C standhalten. Um die Leistung des Materials zu erreichen, hat die NASA die 3D-Druck-Technologie mit thermodynamischer Modellierung kombiniert.
Das Elektronikunternehmen CAES hat in Exeter, im britischen New Hampshire, ein neues Hochfrequenz-Additive-Manufacturing-Labor eröffnet. Das Labor unterstützt die Partnerschaft des Unternehmens mit dem Anbieter von 3D-Druck-Technologie für HF-Anwendungen SWISSto12. Geplant ist die Entwicklung additiver Fertigungslösungen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Verteidigungsindustrie.
Das 3D-Druck-Unternehmen Stratasys, das Unternehmen Lockheed Martin und die Metropolitan State University of Denver stellen die Materialqualifikationsdaten für das 3D-Drucker-Material Antero 840CN03 online zur Verfügung. In der ersten Qualifizierungsphase druckten die Beteiligten über 280 Testcoupons aus Antero 840CN03 auf Fortus F900 3D-Druckern. Weitere Tests sollen folgen.
Das 3D-Druck-Unternehmen Anisoprint konnte sich erfolgreich für das „Start-up-Support-Programm“ des European Space Resources Innovation Centres (ESRIC) qualifizieren. Für das Programm kommen Unternehmen in Frage, die sich technologischen und kommerziellen Projekten im Bereich der Nutzung von Weltraumressourcen widmen. Anisoprint widmet sich dem 3D-Druck von Verbundfasern in der Schwerelosigkeit.
Das 3D-Druck-Unternehmen AddUp aus Frankreich hat im Rahmen des Projekts Metal3D gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA einen Metall-3D-Drucker entwickelt, der im nächsten Jahr auf der ISS erstmals getestet werden soll. Wir stellen die Informationen zu dem Weltraum-3D-Drucker einmal zusammen.
Das Raumfahrtunternehmen X-Bow aus den USA gibt bekannt, dass es einen mit 3D-Druck hergestellten Feststoffraketenmotor auf den Markt bringen wird. Außerdem führt das Unternehmen einige kleinere Trägerraketen für orbitale und suborbitale Startdienste ein. Zu seinen Kunden gehört auch das U.S. Air Force Research Labs.
Im September 2021 starteten mehrere Astro-Pi-Computer zur Internationalen Raumstation ISS. Raspberry Pi hat nun kostenlose 3D-Druckvorlagen zum Nachbau der Gehäuse der Astro-Pi-Computer veröffentlicht und eine Anleitung diese zusammenzubauen.
Das 3D-Biodruck-Unternehmen Fluicell bringt mit dem „Biopixlar AER“ eine neue 3D-Biodruck-Plattform auf den Markt. Es handelt sich laut dem Hersteller dabei um den weltweit ersten mikrofluidischen Hochpräzisions-Biodrucker. Der kompakte Biopixlar AER eignet sich für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen wie der Raumfahrtindustrie oder Tiefseeforschung.
Anfang Januar 2022 wurden von der Rakete Falcon 9 insgesamt 13 Mikrosatelliten in den Weltraum gebracht. In fünf der mit 3D-Druck hergestellten Deployern, die mit dem Windform XT 2.0-Material von CRP Technology gedruckt wurden, waren 13 Mikrosatelliten (s.g. „PocketQubes“) eingebaut, die nach dem Erreichen der erdnahen Umlaufbahn freigesetzt wurden. Einige davon haben außerdem Rekorde aufgestellt.