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Erfolgreicher 3D-Druck an Bord einer Forschungsrakete
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Hochschule München
astronews.com
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.
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."
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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