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.

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Ein Studententeam der Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech) entwickelt ein 3D-Drucksystem, das in der Lage ist, autonom Drohnen additive zu fertigen, die nach ihrer Herstellung selbstständig wegfliegen können. Das berichtet die Virgina Tech auf ihrer Website. Das Team gewann einen ersten Preis in Höhe von 75.000 US-Dollar bei der University Student Research Challenge der NASA – einem Wettbewerb, der Hochschulstudenten ermutigt, neue Ideen und Konzepte vorzuschlagen, die für die Arbeit der NASA relevant sind.

Nächste Generation der additiven Fertigungstechnologie

Die Studenten der Virginia Tech wurden für diese Bemühungen im Design, Research, and Education for Additive Manufacturing Systems (DREAMS) Lab unter der Leitung von Professor Chris Williams zusammengebracht. Viele der Methoden, die in diesem Projekt zum Leben erweckt wurden, sind das Ergebnis des Mentorings und der Vision von Williams, die von der Energie und Kreativität von Forschern durchdrungen wurden.

Vor einigen Jahren stellte Williams seinem Team die Aufgabe, eine Maschine zu entwickeln, die mehrere Materialien druckt. Das Ergebnis war ihre eigene „DREAMS-Maschine“, eine einzelne 3D-Druckstation mit verschiedenen Druckwerkzeugen, die komplexe Drucke erstellen können, ohne mehreren Stationen wechseln zu müssen.

Williams kommentiert:

„Eine große Mission unseres Labors besteht darin, über die nächste Generation der additiven Fertigungstechnologie nachzudenken. Wir versuchen immer, die Funktionalität des Druckens zu verbessern. In den letzten Jahren haben wir an der Technologie gearbeitet, die es uns ermöglichen würde, Strukturmaterialien, Funktionsmaterialien und leitfähige Materialien zusammen zu drucken. Das ultimative Ziel war es, multifunktionale Teile mit beweglichen Komponenten und eingebetteter Intelligenz zu drucken.“

Selbst gebaute Drohne
Die Studenten arbeiten mit Unterstützung der NASA an der digitalen und autonomen Fabrik, bei der auch 3D-Druck zum Einsatz kommt, um Drohnen ggf. auch auf dem Mars herstellen zu können (Bild © Alex Parrish, Virginia Tech).

3D-Druck auf mehreren Achsen zur Herstellung autonom komplexer Systeme

Die allgemeine Idee des 3D-Drucks besteht seit seinen Anfängen darin, Materialien schichtweise aufzutragen. Williams fordert seine Studenten jedoch heraus, anders in Bezug auf den 3D-Druck zu denken. Anstatt entlang flacher Ebenen zu drucken, fördert er die Entwicklung hin zum Drucken entlang gekrümmter Linien, indem 3D-Druckwerkzeuge in einen Roboterarm integriert wurden. Dies wird als Mehrachsendruck bezeichnet, wobei eine Achse eine Richtung angibt, in die sich die Druckköpfe bewegen können.

Die Studenten entschieden sich im Projekt neben dem Mehrachsendruck weitere Prozesse zu implementieren. So soll die Hülle und das Gehäuse der Drohne mit 3D-Druck gedruckt werden, anschließend wird die Elektronik eingelegt und überschüssiges Material weggeschnitten. Als Ergebnis entsteht laut dem Konzept ein vollständig erstelltes und funktionsfähiges Produkt in einer einzigen Maschine. Typischerweise würde dieser Prozess menschliches Eingreifen erfordern, doch in diesem Projekt sind die Maschinen vernetzt und die Montage in ihre Prozesse integriert.

Dadurch, dass der Roboterarm mehrere verschiedene Werkzeuge aufnehmen kann (z. B. ein 3D-Druckwerkzeug, ein Schneidwerkzeug und ein Werkzeug zum Platzieren elektronischer Komponenten), konnte im Rahmen der Forschungen eine komplette Arbeitszelle geschaffen werden, die in der Lage ist, autonom komplexe Systeme herzustellen. Das Projekt wurde zunächst der NASA vorgestellt, durch deren Unterstützung es jetzt schnell weiterentwickelt und zukünftig expandieren soll.

Für die NASA könnte dies die Möglichkeit bedeuten, aufgabenorientierte Drohnen an abgelegenen Orten wie dem Mars autonom herstellen und einsetzen zu können. Wird die Drohne zum Beispiel durch äußere Einflüsse in diesen rauen Bedingungen beschädigt, kann einfach eine andere vor Ort „on demand“ erstellt werden. Über die weitere Entwicklung zu diesem Thema berichten wir auch in Zukunft im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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