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 französische Unternehmen Thales Group hat einen mit Titan-3D-Druck hergestellten, elektrischen Triebwerksmechanismus vorgestellt. Dieser besteht aus nur sieben Strukturteilen und wurde mit einem optimierten Design gedruckt um eine deutliche Gewichtsreduzierung zu erreichen. Seit 2019 entstehen 3D-gedruckte Teile für den ETHM bei Thales 3D Morocco.
Das Additive Manufacturing-Unternehmen GE Additive von General Electric und die australische Regierung von New South Wales arbeiten schon länger daran, den Metall-3D-Druck in Australien voranzubringen. Nun ermöglicht ein 37 Mio. USD teures Programm namens „New Education and Training Models (NETM)“ Trainingskurse für Arbeiter in Australien anzubieten. Sie sollen lernen, wie sie Weltraumtechnologie und Hightech-Komponenten herstellen können.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat mit dem „Bioprint FirstAid“ ein Gerät entwickelt, das den 3D-Druck von Gewebestrukturen zur Wundheilung auf Raumfahrtmissionen ermöglichen soll. Dieser kam kürzlich auf der Internationalen Raumstation (ISS) an. Dort wurde er getestet und die Ergebnisse zu weiteren Untersuchungen zurück auf die Erde geschickt.
Das italienische Unternehmen Caracol hat die AS/EN 9100:2018-Zertifizierung für seinen robotergestützten additiven Fertigungsprozess im großen Maßstab für die Produktion von Luft- und Raumfahrtteilen erhalten. Die Technologie bietet Unternehmen eine kostensparende Lösung, verkürzte Produktionsvorlaufzeit und begrenzt Produktionsabfall auf ein Minimum, verspricht das 3D-Druck-Unternehmen. Wir fassen das Wichtigste zusammen.
Das Lübecker 3D-Druck-Unternehmen SLM Solutions gibt bekannt, dass ein kalifornisches Raketenunternehmen zwei industrielle Metall-3D-Drucker vom Typ NXG XII 600 erwerben wird. Dabei handelt es sich um 3D-Drucker, die mit ihrer Geschwindigkeit, ihrem Bauvolumen und ihrer additiven Verarbeitungsmöglichkeit von Nickel und Kupfer ideal für diese Branche sein sollen.
Das australische 3D-Druck-Unternehmen Titomic wird gemeinsam mit dem US-amerikanischen Luftfahrtunternehmen Boeing an der Weiterentwicklung von Titanpulver für den 3D-Druck für die Raumfahrt arbeiten. Die Partner möchten zusammen Komponenten für Raumfahrzeuge und Satelliten erforschen und kommerzialisieren. Wir stellen die gemeinsamen Pläne einmal genauer vor.
Dem Raumfahrtunternehmen Space Foundry ist es gelungen in der Mikrogravitation (Schwerelosigkeit) ihre Plasmastrahl-3D-Druck-Technologie erfolgreich zu testen. Sie druckten damit unter anderem WLAN-Antennen und ineinandergreifende Elektroden. Wir fassen das Wichtigste zum Plasmastrahldruck von Space Foundry zusammen.
Das britische Raumfahrtunternehmen und Raketenhersteller Skyrora soll mit dem Skyprint 2 den größten Hybrid-3D-Drucker Europas entwickelt haben. Der 3D-Drucker kombiniert Metall-3D-Druck mit CNC-Fräsen. Im zweiten Quartal 2022 soll die Produktion beginnen. Unter anderem soll der Skyprint 2 für die Herstellung großformatiger Raketentriebwerksteile mit einer Länge von bis zu 2,3 m für die Satelliten-Trägerraketen von Skyrora verwendet werden.
Der YouTuber und Blogger zum Thema 3D-Druck im Bauwesen, Jarett Gross, hat sich nach einem anonymen Hinweis auf den Weg nach Brownsville gemacht, dem Gelände des privaten Raumfahrtunternehmens SpaceX von Elon Musk, und dort ein 3D-gedrucktes Gebäude auf dem Gelände entdeckt. Das Gebäude scheint mit einem Apis-Cor-3D-Drucker gebaut worden zu sein. In einem Video beschreibt Jarett Gross seine Beobachtungen.
US-Forscher und Studenten arbeiten für die NASA an einer neuartigen Maschine die mittels Mehrachsen-3D-Druck und Robotertechnik völlig autonom Drohnen herstellen kann. Das Gehäuse der Drohnen soll mit 3D-Druck entstehen. Die Elektronik wird über Roboterarm verbaut. Die NASA unterstützt das Projekt um es vielleicht einmal auf dem Mars als autonome Drohnenfabrik einsetzen zu können.
Ein Team von Forschern aus Australien und China hat gemeinsam den Einsatz von FDM-3D-Druck im Weltraum zur Reparatur von Satelliten untersucht. Gelingen soll dies mithilfe des neuen „Fuzzy-PI-Steuermoduls“. Wir stellen die Arbeit der Wissenschaftler einmal genauer vor.
Eine internationale Initiative plant teilweise mit 3D-Druck hergestellte Kunstwerke mit auf den Mond zu schicken. So soll eine ganze Mondgalerie zu einem künftigen Außenposten geschickt. Mit dabei als eines von 100 Kunstwerken ist der mit einem Metall-3D-Drucker hergestellte Würfel „Struktur und Reflexion“ von einer Künstlerin Lakshmi Mohanbabu aus Singapur.
US-Forscher der University of Arizona, bestehend aus Materialwissenschaftlern und Ingenieuren haben zusammen mit der Industrie ein System entwickelt, das Defekte in kritischen 3D-Druck-Bauteilen in Echtzeit verhindern können soll. In dem System kommt auch künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) zum Einsatz. Die NASA unterstützt das Projekt mit einem sechsstelligen Betrag.
Die deutsche Moto-Denkfabrik Hookie aus Dresden in Sachsen hat ein futuristisches Konzept für ein Weltraum-Motorrad zur Erkundung der Marsoberfläche entwickelt. Um die NASA auf ihre Arbeit aufmerksam zu machen, nutzten sie 3D-Drucker um den Prototypen herzustellen. Die NASA war sprachlos.
Das 3D-Druck-Unternehmen AIM3D wird auf der formnext 2021 seinen neuesten Multimaterial-3D-Drucker ExAM 510 der Öffentlichkeit vorstellen. Der 3D-Drucker, der mit dem CEM-Verfahren (Composite Extrusion Modeling) arbeitet, ist das Nachfolgemodell des ExAM 255, verspricht eine hohe Wirtschaftlichkeit und bietet die Möglichkeit der Verarbeitung von Hochleistungswerkstoffen. Wir stellen ihn vor.
Das aus Polen stammende 3D-Druck-Unternehmen Zortrax hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bei der Herstellung einer Demonstrator-Schaltung mit 3D-Druck unterstützt. Diese sollte so klein wie eine Briefmarke sein und wird Anfang 2022 in einem aus Birkensperrholz gebauten Nanosatelliten in die erdnahe Umlaufbahn geschickt. Die dabei entwickelten Composite-3D-Druck-Funktionen sollen über Updates Besitzern des Zortrax Endureal verfügbar gemacht werden.
Das 3D-Druck-Unternehmen Materialise und das Luftfahrtunternehmen Proponent haben eine Vereinbarung unterzeichnet. Diese besagt, dass sie die Vorteile des 3D-Drucks für OEMs aus der Luft- und Raumfahrt zukünftig zusammen nutzbar machen wollen. Gemeinsam wollen sie eine Lieferkette aufbauen, die die On-Demand-Produktion von Bauteilen möglich macht.
Die University of Nebraska in Ohama und Copper3D arbeiten seit mehreren Jahren an einem 3D-Druck-Material mit antimikrobieller Wirkung für den Einsatz im Weltall. Das 3D-druckbare Material soll nach dem Recycling wiederverwendbar sein und dabei seine antimikrobiellen Eigenschaften nicht verlieren. Die Forschungspartner erhielten nun erneut einen Zuschuss in Höhe von 1,125 Mio. USD von der NASA.
Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation ESA haben gemeinsam mit Architekturbüros einen 3D-druckbaren Lebensraum für den Einsatz auf dem Mond entwickelt. Ein erster Prototyp dieses Skelettbodens wurde jetzt vom Metall-3D-Druck-Unternehmen MX3D additiv hergestellt.
Forscher der Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) und der TU Clausthal in Niedersachsen erforschen seit 2017 mögliche Verfahren für den Einsatz von 3D-Druck im Weltall. Damit soll es den Raumfahrern möglich sein, benötigte Werkzeuge oder Ersatzteile bei Bedarf unterwegs selbst im additiven Fertigungsverfahren herzustellen. In einem aktuellen Test gelang den deutschen Forschern jetzt der 3D-Druck von simuliertem Mondstaub.