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Erfolgreicher 3D-Druck an Bord einer Forschungsrakete
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Hochschule München
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15. März 2023

Komponenten für Satelliten und Raumfahrzeuge werden heute kostspielig und ineffektiv von Trägerraketen ins All transportiert. Einem Forschungsteam der Hochschule München ist es nun gelungen, mit einem 3D-Drucker in einer Forschungsrakete eine Struktur im offenen Weltraum zu produzieren. Die Ergebnisse sind vielversprechend.

Team

Das Forscherteam mit der Höhenforschungsrakete vor dem Start in Schweden. Foto: Hochschule München [Großansicht]

Eine Gruppe von Wissenschaftlern und ehemaligen Studierenden der Hochschule München hat in einer Forschungsrakete Experimente zur Fertigung von Strukturen im Weltraum durchgeführt. Die gedruckten Proben wurden vom Esrange Space Center, nördlich des Polarkreises in Schweden, zurückgeführt und ausgewertet. Die Versuche an Bord der 5,60 Meter langen und 35,5 Zentimeter breiten Forschungsrakete wurden in einer Höhe von bis zu 90 Kilometern durchgeführt und hatten zum Ziel, aus einem mitgeführten, flüssigen photoreaktiven Harz unter Bedingungen der Schwerelosigkeit und in einem Vakuum mit einem 3D-Drucker Stäbe zu fertigen.

Das studentische Team um Prof. Dr. Markus Pietras, Leiter des Masterstudiengangs Luft- und Raumfahrttechnik, und Doktorand Michael Kringer waren sehr zufrieden mit den Ergebnissen: "Keiner wusste, ob unser Konzept vom autonomen 3D-Druck mit flüssigem Druckmaterial unter realen Weltraumbedingungen funktionieren würde. Jeder kennt die Bilder von Flüssigkeiten, die durch die Raumstation als kugelförmige Tropfen schweben. Wir hatten schon Bedenken, dass so etwas auch mit unserem Material passieren könnte. Durch eine Härtung des Druckmaterials mit UV-Licht direkt an der Düse hat es sich während des Druckes jedoch so verhalten wie erhofft und wir konnten damit erfolgreich Stäbe produzieren."

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Die von dem Münchener Team entwickelte Technologie erzeugt unmittelbar durch die dreidimensionale Bewegung des Druckkopfes neue Komponenten. Das photoreaktive Harz wird aus dem Druckkopf durch eine Düse gedrückt und unter Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet. Die Methode ist sehr energieeffizient, da nur LEDs betrieben werden und eine Nachhärtung sogar mit Sonnenlicht erfolgen kann. Auch entsteht dabei nur wenig Abwärme, die im Weltraum kompliziert abgeführt werden muss. Der herkömmliche 3D-Druck, wie er zum Beispiel auf der Internationalen Raumstation durchgeführt wird, benötigt erheblich mehr Energie, denn hier wird thermoplastischer Kunststoff erst geschmolzen, um dann schichtweise aufgetragen und wieder abgekühlt zu werden.

Die zukünftige Anwendung liegt in der Erzeugung großer Strukturen direkt vor Ort, damit der aufwendige Transport von Teilen entfällt. "Auf Trägerraketen ist der Platz begrenzt. Wichtige Komponenten wie Antennen oder Solargeneratoren müssen daher für den Start sehr kompakt gestaltet und dann im Orbit entfaltet werden", erläutert Kringer die Vorzüge des Verfahrens. "Mit 3D-Druck könnten wir die Strukturen vor Ort so bauen, wie wir sie wirklich haben wollen."

Die Fertigung von Strukturen im Weltraum beschäftigt schon allein aus Kostengründen alle Weltraumorganisationen. Nach erfolgreichen Tests mit dem 3D-Druck von komplexen Strukturen und Formen im Labor der Hochschule München war der nächste logische Schritt eine Erprobung unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. Das Team bewarb sich 2020 erfolgreich beim FlyYourThesis!-Programm der Europäischen Weltraumagentur ESA. Bei Parabelflügen in einem umgebauten Airbus erprobten sie ihr Verfahren weiter.

Mit den Tests in einer Höhenforschungsrakete haben die Forschenden nun den Beweis geführt, dass die Technologie auch im Weltraum einsatzfähig ist. Gemeinsam mit der ESA und Industriepartnern wird die Technologie weiter erforscht, und schon über den nächsten Schritt nachgedacht: Ein längerer Einsatz des Druckers auf einem Satelliten in der Erdumlaufbahn. Pietras ist optimistisch: "Abgesehen von den wirtschaftlichen Aspekten wird die Technologie auch die Möglichkeiten zur Erforschung des Weltraums erweitern. Weltraumgestützte Solarenergie oder eine bemannte Marsmission kann ich mir zum Beispiel ohne eine Fertigung vor Ort nicht vorstellen."

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siehe auch
MOONRISE-FM: 3D-gedruckte Infrastruktur auf dem Mond - 22. Juni 2022
Parabelflüge: Erfolgreicher 3D-Druck in Schwerelosigkeit - 12. Juli 2021
Links im WWW
Hochschule München
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