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 Marktforschungsunternehmen SmarTech Analysis betrachtet in einer aktuellen Untersuchung den 3D-Druck in der Raumfahrtbranche. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Einsatz von 3D-Druck von privaten Raumfahrtunternehmen, zwischen den Jahren 2021 und 2031. Bis 2026 prognostizieren die Analysten einen Gesamtwert 3D-gedruckte Teile in der Branche von 2,1 Mrd. US-Dollar.
Der bekannte Hersteller für Desktop-3D-Drucker Creality hat seine Teilnahme am „Space Robotics Project“ bekanntgegeben, welches Kindern den 3D-Druck näher bringen soll. Im Rahmen dieser Teilnahme spendete Creality 250 3D-Drucker in über 150 Städten Brasiliens. Das Projekt wird zusammen vom Nationalfonds für Bildungsentwicklung (FNDE) und der Universität Brasilia (UnB) entwickelt. Ebenfalls beteiligt ist das Ministerium für Wissenschaft, Technologie und Innovation (MCTI) durch die brasilianische Weltraumorganisation (AEB).
Das kanadische Unternehmen AON3D hat in der Series-A-Finanzierungsrunde 11,5 Millionen US-Dollar gesammelt, um in einer Partnerschaft mit Astrobotic die bevorstehende PM1 Moon Lander Mission mit 3D-gedruckten Teilen zu unterstützen. Damit beläuft sich die Gesamtfinanzierung des Unternehmens auf 14,2 Millionen US-Dollar.
Das Raumfahrtunternehmen Rocket Lab ist an der Nasdaq gestartet. Mit 3D-Druck und anderen modernen Fertigungstechnologien konnte das innovative Unternehmen bereits einige Entwicklungen vorstellen und zählt zu den Pionieren auf dem Gebiet additiv hergestellter Bauteile für Trägerraketen und Kleinsatteliten.
Das 3D-Druck-Unternehmen ICON wurde mit der Herstellung einer Struktur für das Leben auf dem Mars beauftragt. Die Struktur entstand im Johnson Space Center als Teil des Crew Health and Performance Exploration Analog (CHAPEA) der NASA. Das Projekt soll der NASA Daten liefern, die künftig längere Aufenthalte auf den Mars ermöglichen sollen.
Das Institute for Soldier Nanotechnologies (ISN) am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat ein Material entwickelt, das ein Projektil effektiver als Stahl und Kevlar stoppen kann. Die Forscher gehen davon aus, dass das mit Nanoarchitektur hergestellte Material kugelsichere Schutzausrüstungen im Militär ersetzen kann. Ihre Arbeit haben sie im Magazin Nature Materials veröffentlicht.
Das US-amerikanische 3D-Druck-Unternehmen Markforged hat mit Onyx FR-A und Carbon Fiber FR-A zwei neue 3D-Druck-Materialien vorgestellt. Dabei handelt es sich um die luftfahrttauglichen Versionen der Materialien Onyx™ FR und Carbon Fiber FR. Durch ihr hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, ihre außergewöhnliche Oberflächengüte und ihre hohe Konsistenz eignen sie sich speziell für AM-Endanwendungen in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie dem Militär.
Das 3D-Druck-Unternehmen Sintavia hat eine proprietäre 3D-Druck-Technologie für GRCop-42 entwickelt. Eine derartige Kupferlegierung wird von der NASA und Raumfahrtunternehmen verwendet. Sintavia arbeitet außerdem an proprietären Standards für weitere 3D-Drucker-Materialien und feuerfeste Legierungen für die Luft- und Raumfahrt und das Militär.
AMCM, ein vor drei Jahren gegründetes Unternehmen des 3D-Drucker-Herstellers EOS, entstand mit dem Ziel, bislang noch nicht realisierte 3D-druckbare Anwendungen möglich zu machen. Dabei wurden einige Ideen mit adaptierten 3D-Druck-Systemen von EOS umgesetzt. Jetzt stellt AMCM seine bisherigen Erfolge zum 3D-Druck vor, die wir in folgendem Beitrag einmal zusammenfassen.
Das Raumfahrtunternehmen Relativity Space erweitert seinen Betrieb. Dazu unterzeichnet das Unternehmen, welches für die Herstellung seiner Raketen vorrangig auf 3D-Druck setzt, einen Vertrag für ein Grundstück mit einer Größe von rund 93.000 m² im Goodman Commerce Center in Long Beach, USA. Die neue Anlage bietet mehr als 2.000 Mitarbeitern Platz, verfügt über ein metallurgisches Labor, DMLS-Drucker, ein Missionskontrollzentrum und Dutzende firmeneigene Stargate-3D-Drucker
Das Raumfahrtunternehmen Agile Space Industries übernimmt das auf Metall-3D-Druck spezialisierte Unternehmen Tronix3D und führt es ab sofort als Agile Additive weiter. Mit der Übernahme soll die Entwicklung, das Design und die Lieferung komplexer, leistungsstarker Luft- und Raumfahrtkomponenten von Agile beschleunigt werden.
Das US-Unternehmen und Hersteller für Antennen und Radarprodukte Optisys profitiert seit Langem von den Vorteilen des 3D-Drucks. Für seine Raumfahrtkomponenten setzt es auf den 3D-Druck mit dem SLM 500 3D-Druck-System von SLM Solutions. Dieses bringt Optisys dank möglicher Topologieoptimierungen leichte und robuste Bauteile, die den rauen Bedingungen im Weltraum standhalten.
Astronauten auf der ISS haben mit Hilfe des AMF-3D-Druckers von Redwire einen Teil eines Abluftauslassadapter der Soleprozessor-Baugruppe (BPA) erfolgreich hergestellt. Dieser ermöglicht den Anschluss von Kanälen an eine Reihe von Filtern, um zum Beispiel Gerüche zu beseitigen. Das Beispiel zeigt die enorme Flexibilität die der Weltraum-3D-Druck und On-Demand-Herstellung mit Hilfe von 3D-Druckern den Astronauten bieten kann.
Das auf additive Fertigung spezialisierte Raumfahrtunternehmen Relativity Space hat in einer weiteren Finanzierungsrunde (Serie E) Gelder in Höhe von 650 Mio. USD einsammeln können. Damit will das Unternehmen die Arbeit an seiner 3D-gedruckten Terran R-Rakete optimieren. Sowohl die Terran 1 als auch die vollständig mit einem 3D-Drucker hergestellte Rakete Terran R – die mit 100 mal weniger Bauteilen auskommt – lassen sich in weniger als 60 Tagen hergestellt.
Das Team aus Forschern von AIMIS-FYT hat den 3D-Druck in der Schwerelosigkeit untersucht. Dabei konnten sie verschiedene Grundoperationen in 90 Parabeln erfolgreich testen. Außerdem hatten sie die Gelegenheit, den 3D-Druck in der Mars- und Mond-Gravitation zu erforschen. Zum Einsatz kam dabei ein Standard-3D-Druckkopf vom Hersteller ViscoTec.
Die Technische Hochschule Köln und das Unternehmen mz Toner Technologies GmbH entwickeln gemeinsam ein neuartiges Verfahren für den 3D-Druck im Weltall. Dabei setzen die Forscher auf das sonst im 2D-Druck eingesetzte Elektrofotografie-Verfahren. Das neu entwickelte 3D-Druckverfahren könnte außerdem eine Alternative für das Spritzgussverfahren darstellen.
Das Raumfahrtunternehmen Relativity Space erzielte große Fortschritte bei der Entwicklung seiner Terran-1-Rakete, die beinahe vollständig mit einem 3D-Drucker hergestellt werden soll. Die 3D-gedruckte Rakete soll Ende 2021 zum ersten Mal starten. In einem beeindruckendem Video zeigte das Unternehmen jetzt im Zeitraffer wie die Rakete mit einer Geschwindigkeit von 30,5 cm pro Tag additiv hergestellt wird.
Das Technologieunternehmen L3Harris hat 3D-gedruckte HF-Schaltungen mit dem Dragonfly Elektronik-3D-Drucker von Nano Dimension hergestellt. Diese werden zusammen mit unterschiedlichen 3D-Drucker-Materialien an der ISS unter Weltraumbedingungen getestet. Fallen die Ergebnisse in den Punkten Lebensfähigkeit und Haltbarkeit positiv aus, könnten sich neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben.
Das Raumfahrtunternehmen Orbex hat das 3D-Druck-Unternehmen AMCM mit der Entwicklung eines Großformat-3D-Druck-Systems beauftragt. Dieses soll den 3D-Druck großformatiger Metallkomponenten für den Einsatz in der Raumfahrt möglich machen, die Orbex in seine Raketen integrieren möchte. Geplant ist eine komplette 3D-Druck-Suite mit Nachbearbeitungsmaschinen und Bildverarbeitungssystemen. AMCM erhält dafür ein Budget in Millionenhöhe.
Harvard-Forschern vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (Wyss) ist die Entwicklung von Roboterfischen gelungen, die ihre Bewegungen gänzlich ohne externe Kontrolle synchronisieren können. Die autonomen Roboterfische namens „Bluebots“ werden mit 3D-Druckern hergestellt, können schwimmen wie echte Fische und sich zu Schwärmen sammeln. Das Projekt dient den Forschungen im Bereich des autonomen Fahrens und der Weltraumforschung.