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3D-Druck bei Schwerelosigkeit

13. Januar 2021, 10:05 Uhr   |  Karin Zühlke

3D-Druck bei Schwerelosigkeit
© RS Components

Ein Anblick wie im Skylab: Das Team bei der Arbeit im esa-Jet.

Wie funktioniert additive Fertigung im Weltall? Ein Team der Hochschule München will das herausfinden und wird dabei von RS Components unterstützt.

Das studentische Team AIMIS-FYT der Hochschule für angewandte Wissenschaften München wurde von der europäischen Raumfahrtagentur (esa) ausgewählt, um Experimente zur additiven Fertigung im Weltall bei Mikrogravitation - gemeinhin als Schwerelosigkeit bezeichnet - durchzuführen. Das Projekt findet im Rahmen der ESA-Parabelflugkampange  statt. Der Einsatz von 3D-Druckverfahren könnte in Zukunft die Raumfahrt revolutionieren, da viele Ausrüstungsgegenstände dann nicht mehr per Flug zum Einsatz transportiert werden müssten, sondern vor Ort gefertigt werden könnten. Vor Kurzem fanden vielversprechende Experimente der Technologie-Pioniere statt. Ziel ist die Entwicklung eines 3D-Druckprozesses, mit dem Satellitenstrukturen direkt im Weltraum erstellt werden können, was die Startkosten von Satelliten senkt. Heute werden alle Raumschiffe auf der Erde entwickelt, getestet und montiert und per Trägerrakete zu ihren jeweiligen Einsatzorten transportiert. Jede Komponente muss so ausgelegt sein, dass sie den hohen Belastungen der Startphase standhält, die in den meisten Fällen zu einer übergroßen Struktur führen. Diese Komponenten verursachen hohe Raumtransportkosten aufgrund einer hohen Systemmasse und eines hohen Systemvolumens sowie der komplexen Testverfahren, die für den Transport mit der Trägerrakete erforderlich sind.
Ein möglicher Ansatz zur Vermeidung dieser Kosten und Anstrengungen ist die Herstellung von Raumfahrzeugkomponenten direkt in der Umlaufbahn unter Verwendung generativer Herstellungsverfahren. Diese Technologie, die als In-Situ-Fertigung bekannt ist, ermöglicht die Erstellung von Komponenten, die eher auf die Missionsanforderungen als auf die Startanforderungen zugeschnitten sind. Neben der Senkung der Startkosten spart die reduzierte Masse des Raumfahrzeugs Ressourcen und kann die Lebensdauer der Mission verlängern.

Das Team konstruierte einen 3D-Drucker mit einem Extruder, durch den ein flüssiges Photopolymer abgegeben werden kann. Anstatt wie bei herkömmlichen 3D-Druckern Komponenten Schicht für Schicht zu erstellen, werden die Komponenten direkt über die dreidimensionale Bewegung des Druckkopfs erstellt und durch Anwendung von UV-Licht innerhalb kurzer Zeit ausgehärtet. So kommen die Einflüsse praktisch nicht vorhandener Erdanziehungskräfte nicht zum Tragen.
 

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