Europäische Weltraumorganisation entwickelt Hochtemperatur-FFF-3D-Drucker für die Internationale Raumstation

Am 23. März entwarf und fertigte ein Konsortium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) einen frühen FFF-3D-Drucker für die Internationale Raumstation (ISS). Das Prototypsystem wird im Rahmen des IMPERIAL-Projekts entwickelt, das Förderbandkomponenten verwendet, um Teile in (theoretisch) unbegrenzter Länge in 3D zu drucken. Auf dem ESA Advanced Manufacturing Seminar Anfang März wurde die Funktion des namenlosen 3D-Druckers demonstriert. Das Produkt kann mit allen technischen Hochtemperaturfilamenten kompatibel sein. Die Teilnehmer erlebten vor Ort den Herstellungsprozess von 1,5 m langen Stahlstangen.

Das Konsortium des Projekts umfasst die deutschen Luft- und Raumfahrtunternehmen OHB und Azimut Space, das Aslon Institute of Technology in der Republik Irland und den portugiesischen 3D-Druckeranbieter BEEVERYCREATIVE. „Durch diese Aktivität haben wir eine der Hauptbeschränkungen des 3D-Drucks – das Volumen – überwunden und einen kompakten 3D-Drucker verwendet, der Hochleistungs-Thermoplaste handhaben kann.“ Ugo Lafont, Materialexperte bei der ESA, erklärte. "Dies ist eine großartige Leistung und wird das Anwendungsfeld dieses On-Demand-Fertigungsverfahrens erweitern."

Die Internationale Raumstation

Die Internationale Raumstation. Das Bild ist von der NASA.

Was ist das IMPERIAL-Projekt?

Nachdem das erste MELT-Projekt der ESA erfolgreich war, testete das Projekt die Machbarkeit des industriellen FFF-3D-Drucks unter Mikrogravitationsbedingungen und startete dann das IMPERIAL-Projekt. Das Projekt IMPERIAL plant, weitere Maßnahmen zu ergreifen und ein komplettes Fertigungssystem für die Raumfahrt zu entwickeln, das die Größenbeschränkungen der heutigen 3D-Drucker überwinden kann. Daher wird das System schließlich für die On-Demand-Fertigung und -Wartung auf der Internationalen Raumstation eingesetzt und bietet so autarken Raum für zukünftige Langzeit-Raumflüge.

Adventit Makaya, leitender Fertigungsingenieur bei der ESA, betonte: „Die Entwicklung einer außerirdischen Fertigungslösung für große Teile in einer Umgebung menschlicher Erforschung (zum Beispiel hier und dann an den Strukturteilen von Raumfahrzeugen) ist entscheidend für die Verbesserung der Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit. Es ist eine leistungsstarke Fähigkeit für zukünftige Raumfahrtmissionen.“

Vor dem IMPERIAL-Projekt entwickelte das ESA-Konsortium im Rahmen des MELT-Projekts ein 3D-Drucksystem mit Mikrogravitationsfunktion. Das Bild ist von BEEVERYCREATIVE.

Weltraumindustrieller FFF-3D-Druck

Der Drucker selbst muss viele strenge technische Anforderungen erfüllen. Dazu gehört das Drucken von technischen Hochleistungspolymeren wie PEEK, das Drucken unter Mikrogravitationsbedingungen bei gleichzeitiger Beibehaltung der erdähnlichen Qualität von Teilen und das Drucken von unendlich großen Teilen in einer Richtung. Auch die Leistungsaufnahme des Systems ist streng limitiert, und aufgrund fehlender Nachbearbeitungsmöglichkeiten im Raum muss es direkt aus dem Bauraum mit funktionsfähigen Druckteilen einsatzbereit sein. Um eine erfolgreiche Integration in ISS sicherzustellen, musste das Team bei der Entwicklung von 3D-Druckern auch die Verfügbarkeit von Rohmaterialien berücksichtigen. Nach der Fertigung von Teilen verbleibender Ausschuss ist mindestens zu minimieren und kann nach Möglichkeit vollständig wiederverwendet werden.

Antonella Sgambati, OHB-Projektmanagerin, fügte hinzu: „Fakten haben bewiesen, dass FFF unter Verwendung von Hochleistungspolymeren nicht durch die Schwerkraftreduzierung beeinträchtigt wird, was den Weg für neue Herausforderungen ebnet, wie z Im Rahmen dieses Projekts wurden neue Technologielücken bei der Prototypenentwicklung und -prüfung von BEEVERYCREATIVE identifiziert und geschlossen, wodurch diese einzigartige Leistung erzielt wurde, die Herstellungsprozesse außerhalb der Erde einen weiteren Schritt voranbringt.

Der neue Project IMPERIAL 3D-Drucker wird zur Herstellung von 1,5 m langen Stahlstangen verwendet

Der neue Project IMPERIAL 3D-Drucker wird zur Herstellung von 1,5 m langen Stahlstangen verwendet. Fotografiert von der ESA.

Mit der Aussicht, dass der interplanetare Weltraumflug der Realität näher kommt, ist die additive Fertigung im Weltraum zu einem heißen Thema in der Luft- und Raumfahrt geworden. Anfang dieses Jahres begann COSM Advanced Manufacturing Systems, ein Ingenieurbüro, mit der endgültigen Entwicklung und Konstruktion von Metall-EBM-3D-Druckern für die NASA. Das System wurde entwickelt, um die Anforderungen der NASA für die automatisierte Fertigung und Komponentenwartung im Weltraum zu erfüllen. Ausgehend vom Artemis-Programm wird das System für die gesamten Weltraum-, Mond- und Marsmissionen eingesetzt.

An anderer Stelle haben Forscher der TU Braunschweig und des Laserzentrums Hannover (LZH) kürzlich erstmals schweres Mondgestein in 3D unter Schwerelosigkeit gedruckt. Im experimentellen Projekt „MOONRISE“ installierte das Team einen maßgeschneiderten Laser auf seinem Mondrover „MIRA3D“ und schmolz den Mondstaub zu einer Kugel, wodurch der Weg für die Herstellung wirtschaftlicher Strukturen auf dem Mond geebnet wurde.