3D-Druck in der Schwerelosigkeit

Astronauten, die Werkzeuge oder Ersatzteile im Weltraum per 3D-Druck selbst her­stellen – das soll nach Vor­stel­lung der Bundes­anstalt für Material­forschung und -prüfung BAM schon bald Wirk­lich­keit werden. Zusammen mit der TU Claus­thal führt die BAM vom 11. bis 15. September Experi­mente zu pulver­basierter addi­tiver Ferti­gung unter Mikro­gravi­ta­tions-Bedin­gungen durch. Im Rahmen der dreißig­sten Parabel­flug­kampagne des Deutschen Luft- und Raum­fahrt­zentrums testen Wissen­schaftler, wie ein 3D-Drucker mit Pulver als Aus­gangs­material in Schwere­losig­keit stabi­li­siert werden kann.

Im Projekt „Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit” geht es darum, ein Bauteil durch Auf­bringen von Schichten eines fließ­fähigen Pulvers her­zu­stellen. Dazu wird ein computer­ani­miertes und in virtu­elle Schichten zer­legtes Bauteil durch das wieder­holte Auf­tragen von Pulver­schichten Schicht für Schicht auf­ge­baut. In den geplanten Parabel­flug-Experi­menten liegt der Fokus auf dem Schicht­auftrag des Pulvers, da dies unter Schwere­losig­keit sehr schwierig ist. Um das Pulver­bett mit dem einge­schlos­senen Bauteil auch ohne Gravi­ta­tion zu stabi­li­sieren, wollen die Wissen­schaftler einen Gas­strom nutzen, der durch die Pulver­schichten gesaugt wird.

„3D-Druck ist noch nie in der Schwerelosigkeit erforscht worden – wir sind da Pioniere“, erklärt Projekt­leiter Jens Günster. Ziel des Forschungs­projekts ist es, indi­vi­duelle Ferti­gungs­mög­lich­keiten von benö­tig­ten Kompo­nenten während einer Raum­fahrt­mission aus­zu­bauen und weiter­zu­ent­wickeln. Darüber hinaus ist das ein­ge­setzte Ver­fahren auch für die indus­tri­elle Anwen­dung auf der Erde von großem Inte­resse. „Eine höhere Packungs­dichte der Pulver­partikel und ein ver­bes­serter Schicht­auf­trag für feinere, nicht fließ­fähige Pulver sind zwei wesent­liche Vor­teile gegen­über den konven­tio­nellen Schicht­auf­trags­ver­fahren“, so Günster.

Die zum Einsatz kommenden Verfahren wurden zum Teil bereits inter­natio­nal paten­tiert: Sie gehen auf zwei Patent­familien zurück, die inner­halb Deutsch­lands gemein­schaft­lich von der BAM und der TU Claus­thal und außer­halb Deutsch­lands von der BAM allein ange­meldet wurden.

BAM / RK