Satelliten und Raumschiffe zu bauen, ist alles andere als billig. Das liegt auch daran, dass kosmische Technik weit ausfallsicherer konstruiert sein muss als auf Erden. Im All können selbst minimale Probleme wie eine vereiste Batterie dramatische Folgen haben. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden hat daher nun für Airbus besondere zuverlässige dünne Keramik-Silber-Heizungen entwickelt.
Nach dem Isolieren in einer thermischen Spritzanlage mit einer dünnen Keramikschicht werden die Heizelemente mit einer Dispersionsdruckmaschine aufgebracht, die den Windungen eines Flusses ähneln.
Fraunhofer IWS Dresden
Das automatisierte Aufdrucken von Heizungen auch auf kompliziert geformte Bauteile bedeutet eine enorme Erleichterung bei der Produktion von Technik für die Raumfahrt. Denn bisher mussten Techniker Heizfolien aus Polymeren von Hand aufkleben. "Das ist nicht nur aufwendig, sondern auch fehleranfällig“, erklärt Lukas Stepien, Gruppenleiter Drucken, der die additiv gefertigten Heizungen am Fraunhofer IWS mitentwickelt hat. "Im Klebeprozess können unerkannt kleine Gasbläschen eingeschlossen werden. Die Bläschen dehnen sich im Vakuum des Weltraums aus. Das senkt letztlich die Heizleistung.“ Ein neues IWS-Konzept löst nun diese Probleme. Im konkreten Fall sind Titanrohre mit nur sechs mm Durchmesser zu beheizen, die später Gase oder Flüssigkeiten transportieren sollen. Zunächst isolieren die Ingenieure diese Röhrchen in einer thermischen Spritzanlage mit einer dünnen Keramikschicht. Dann bringen sie mit einer Dispersionsdruckmaschine die Heizelemente auf, die äußerlich den Windungen eines Flusses ähneln. Durchfließt später ein Strom das metallische Mäander, setzt es Wärme frei.
Hauchdünne Mäander passgenau auf gewölbte Flächen gedruckt
Um dieses heizende Muster zu erzeugen, füllen die Spezialisten eine Kartusche mit einer besonderen Paste, die kleine Silberteilchen enthält. Druckluft presst das zähflüssige Material dann durch die Kartusche hin zu einer feinen Kanüle. Diese Hohlnadel druckt schließlich das etwa zehn µm dünne Heizmuster auf die keramikisolierten Rohre, die sich dabei auf einer Welle drehen. Solch eine Lösung beinhaltet gleich mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizfolien zum Aufkleben: Einerseits fällt viel fehlerträchtige Handarbeit weg. Weiter rechnen die Dresdner Ingenieure damit, dass ihre gedruckten Heizungen preiswerter und flexibler herzustellen sind. Sie sollen besonders bei hohen Betriebstemperaturen länger halten, zuverlässiger funktionieren und mehr Langzeit-Heizleistung erreichen als herkömmliche Lösungen. Erreichbar sind höhere Leistungsdichten, Material- und Zeitersparnisse.