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13.09.2017 | Additive Fertigung | Im Fokus | Onlineartikel

3D-Druck in der Schwerelosigkeit

Autor:
Dieter Beste

Die Vision: Astronauten, die Werkzeuge oder Ersatzteile im Weltraum per 3D-Druck selbst herstellen. Wissenschaftler wollen dazu jetzt in Experimenten zu pulverbasierter additiver Fertigung unter Mikrogravitationsbedingungen die Grundlagen erforschen. 

Experimente zur Schwerelosigkeit werden meist mithilfe von Parabelflügen realisiert. "Das bedeutet, dass ein Flugzeug eine genau definierte Parabel fliegt und sich dabei für 22 bis 25 Sekunden der Zustand der Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) einstellt." (Das Ingenieurwissen: Entwicklung, Konstruktion und Produktion, Seite 33). Die Springer-Autoren um Karl-Heinrich Grote erläutern im Kapitel "Entwicklung und Konstruktion" an einem Beispiel, wie komplex die zu lösenden Aufgaben des Konstrukteurs solcher Experimentaufbauten in Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen sind. Zusammen mit der Technischen Universität Clausthal führt jetzt die Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) vom 11. bis 15. September Experimente zu pulverbasierter additiver Fertigung unter Mikrogravitation durch. In Parabelflügen testen die Wissenschaftler, wie ein 3D-Drucker mit Pulver als Ausgangsmaterial in Schwerelosigkeit stabilisiert werden kann.

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In dem gemeinsamen 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 Luft-Gasstrom nutzen, der durch die Pulverschichten gesaugt wird.

Verfahren international patentiert

"3D-Druck ist noch nie in der Schwerelosigkeit erforscht worden", sagt Jens Günster, Projektleiter und Leiter des Fachbereiches Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe an der BAM. Ziel des Forschungsprojektes sei es, individuelle Fertigungsmöglichkeiten von benötigten Komponenten während einer Raumfahrtmission auszubauen und weiterzuentwickeln. Darüber hinaus sei 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." Die in den Experimenten 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 alleinig anmeldet wurden.

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