RS Components unterstützt Forschungsprojekt für 3D-Druck im Weltraum

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Der Distributor RS Components unterstützt das studentische Team AIMIS-FYT der Hochschule für angewandte Wissenschaften München, das mit der europäischen Raumfahrtagentur (esa) Experimente zur additiven Fertigung im Weltall bei Mikrogravitation (Schwerelosigkeit) durchführt. Für den Versuchsaufbau unterstützte RS Components die Studierenden mit Bauteilen für das Projekt. Dazu gehörten Signalsäulen, Umschalter, Nutensteine und Steckverbinder.



Durch den Einsatz von 3D-Druckverfahren sollen Ausrüstungsgegenstände zukünftig nicht mehr per Flug zum Einsatz transportiert, sondern vor Ort gefertigt werden. Um das zu erreichen, wird an einem 3D-Druckprozess geforscht, mit dem Satellitenstrukturen direkt im Weltraum erstellt werden können.


Das Hochschulteam

Die esa hat das Fly Your Thesis!-Progamm der Hochschule für angewandte Wissenschaften München ausgewählt, um dazu Experimente durchzuführen und den Druckprozess unter Schwerelosigkeitsbedingungen zu validieren. Zu diesem Zweck wurden vier grundlegende 3D-Druckvorgänge aus dem allgemeinen Prozess abgeleitet. Diese Operationen bildeten die Grundlage der Experimente. Um einen stabilen Druckprozess zu gewährleisten, muss der Extrusionsprozess detailliert analysiert werden. Dabei sind sowohl der Einfluss der Druckparameter auf den Prozess als auch der Einfluss der Mikrogravitation von Bedeutung.

Im November und Dezember 2020 fanden so genannte „Parabelflüge“ statt. Dabei geht ein Flugzeug wiederholt in einen steilen Steigflug und kippt dann relativ abrupt in einen Sinkflug ab. Das Ergebnis ist eine Flugbahn, die von außen betrachtet, wie eine Linie steiler Wellen aussieht. Auf den Wellenbergen, also immer im Moment des Überganges vom Steigflug in den Sinkflug, kommt es dann zu einer Neutralisierung der Erdanziehungskräfte, also Mikrogravitation, ganz ähnlich derer im Weltraum. Dies sind die idealen Bedingungen, um das Druckverfahren zu testen. Die "Basis" für das Team war der Flughafen Paderborn. Von hier aus ging es dann immer wieder Richtung Frankreich, um über dem Atlantik die Parabelflüge durchzuführen.


Die Experimente

Das Team konstruierte einen 3D-Drucker mit einem Extruder, durch den ein flüssiges Photopolymer abgegeben werden kann. Anstatt wie bei herkömmlichen 3D-Druckern Komponenten Schicht für Schicht zu erstellen, werden die Komponenten direkt über die dreidimensionale Bewegung des Druckkopfs erstellt und durch Anwendung von UV-Licht innerhalb kurzer Zeit ausgehärtet. So kommen die Einflüsse praktisch nicht vorhandener Erdanziehungskräfte nicht zum Tragen.

In der Schwerelosigkeit hat das Team verschiedene Arten von Stäben bzw. Druckverfahren getestet. Am Ende jeder Parabelsequenz lag ein ausgehärteter Stab vor, der Druck in der Schwerelosigkeit war damit gelungen.


Wozu wird geforscht

Noch werden Raumschiffe auf der Erde entwickelt, getestet und montiert und per Trägerrakete zu ihren Einsatzorten transportiert. Jede Komponente muss so ausgelegt sein, dass sie den Belastungen der Startphase standhält, die in den meisten Fällen zu einer übergroßen Struktur führen. Diese Komponenten verursachen hohe Raumtransportkosten aufgrund einer hohen Systemmasse und eines hohen Systemvolumens sowie der komplexen Testverfahren, die für den Transport mit der Trägerrakete erforderlich sind.

Ein Ansatz zur Vermeidung dieser Kosten und Anstrengungen ist die Herstellung von Raumfahrzeugkomponenten direkt in der Umlaufbahn unter Verwendung generativer Herstellungsverfahren. Diese Technologie, die als In-Situ-Fertigung bekannt ist, ermöglicht die Erstellung von Komponenten, die eher auf die Missionsanforderungen als auf die Startanforderungen zugeschnitten sind. Neben der Senkung der Startkosten spart die reduzierte Masse des Raumfahrzeugs Ressourcen und kann die Lebensdauer der Mission verlängern.
 

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