Laser und Metallpulver für die nächste Ariane

Raketenbauteile aus mehreren Werkstoffen in nur einem Druckprozess: Das Fraunhofer IGCV testet dafür neue Verfahren, die Europas Raumfahrt flexibler und wirtschaftlicher machen sollen.

Europa setzt bei Raketenkomponenten auf neue Fertigungsmethoden. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV entwickeln im Rahmen der EU-Projekte "Enlighten" und "Enlighten-ED" Verfahren, mit denen sich Bauteile für Antriebs- und Lageregelungssysteme additiv herstellen lassen. Ziel ist es nach Angaben des Instituts, Kosten und Entwicklungszeiten zu senken sowie Material effizienter zu nutzen.

Im Mittelpunkt steht das Laser-Strahlschmelzen von Multimaterialbauteilen. Dabei werden zwei oder mehr Pulverwerkstoffe, etwa verschiedene Metalle oder Legierungen, in einem Prozess gezielt verschmolzen. So sollen Komponenten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften in einem einzigen Fertigungsschritt entstehen.

Ventilbauteil für Raketen erprobt

Nach Angaben des Fraunhofer IGCV wurde bereits ein Demonstrator für die Raumfahrt gefertigt. Dabei handelt es sich um ein Ventilbauteil aus abwechselnden magnetischen und nicht-magnetischen Stahllegierungen. Es soll dazu beitragen, dass eine Rakete während des Flugs stabil ausgerichtet bleibt.

Wie Constantin Jugert vom Fraunhofer IGCV erklärt, lasse sich das Design der Komponenten direkt am Rechner anpassen und anschließend drucken. Das verkürze Vorlaufzeiten und ermögliche schnelle Iterationen bei veränderten Anforderungen. Der 3D-gedruckte Prototyp werde nun mit konventionell gefrästen und verschweißten Bauteilen verglichen. Untersucht würden Funktionalität, Effizienz, Kosten und Taktzeiten mit Blick auf künftige Ariane-Triebwerke.

Zwischenschicht gegen spröde Übergänge

Parallel dazu erforschte das Institut gemeinsam mit der KU Leuven, wie sich Titan- und Nickellegierungen im Multimaterial-Laser-Strahlschmelzen verbinden lassen. Tests ohne Zwischenschicht führten den Angaben zufolge zu fehleranfälligen Übergängen und spröden Phasen. Mit einer dünnen Molybdän-Zwischenschicht sei es gelungen, im Labormaßstab eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen.

Zugleich arbeitet das Team an der Wiederaufbereitung des beim Druck vermischten Pulvers. Ein magnetisches Trennsystem soll die automatische Separation und Wiederverwendung ermöglichen. Perspektivisch setzen die Forschenden zudem auf Echtzeit-Monitoring mit Thermografie und Sensorik, um den Prozess während des Drucks automatisch nachzusteuern. An den mit rund 38 Mio. Euro geförderten Projekten sind bis Anfang 2027 mehr als ein Dutzend Forschungs- und Industriepartner beteiligt.