Pulverbettverfahren Forscher ermöglichen 3D-Druck für die Raumfahrt

Redakteur: Alina Hailer

Erfolgreiche Experimente zeigen erstmals, dass die additive Fertigung mit speziellen Verfahren auch unter Mond- und Mars-Gravitationsbedingungen funktioniert. So könnte der 3D-Druck zukünftig auch in der Raumfahrt Einzug finden.

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Die Forscher haben bei einem Parabelflug den berühmten Fußabdruck von Neil Armstrong aus Mondstaub-Simulat gedruckt.
Die Forscher haben bei einem Parabelflug den berühmten Fußabdruck von Neil Armstrong aus Mondstaub-Simulat gedruckt.
(Bild: BAM)

Zusammen mit der TU Clausthal forscht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) daran, mit additiver Fertigung in der Schwerelosigkeit Bauteile, Ersatzteile oder Werkzeuge fertigen zu können. Den Forschern ist es jetzt gelungen, unter verschiedenen Gravitationsverhältnissen erstmals auch mit Material zu drucken, das vor Ort vorhanden wäre, beispielsweise Mondstaub.

Das Pulverbettverfahren (Selective-Laser-Sintering) gehört dabei zu den meist verwendeten und bereits am weitesten entwickelten industriellen Verfahren. Die Technologie hat auch in der Raumfahrt ein großes Potenzial, zum Beispiel in Raumstationen, in der Erdumlaufbahn oder darüber hinaus in künftigen Mond- oder Marsbasen bzw. auf den Flügen dorthin.

Gravitationsunabhängige Fertigung

Die Herausforderung: Die additive Fertigung unabhängig von Gravitationskräften durchführen. Ein Team der BAM und der TU Clausthal hat dazu bereits im Jahr 2017 ein innovatives Verfahren entwickelt: Um das trockene Pulver verarbeiten zu können, wird ein kontinuierlicher Gasstrom durch das Pulverbett aufgebaut.

Dieser erzeugt ein Strömungsfeld, das die Partikel des Pulvers gravitationsunabhängig zur Bauplattform hin anzieht. Um dieses Verfahren unter Realbedingungen erproben zu können, nimmt die BAM regelmäßig an Parabelflügen teil, bei denen verschiedene Gravitationsverhältnisse nachgestellt werden.

Gelingt es den Forschern, die additive Fertigung unter verschiedenen Gravitationsbedingungen zu ermöglichen, müsste neben dem Drucker nur noch das Material, also beispielsweise Pulver, zur Raumstation transportiert werden. Bei zukünftigen Mars-Missionen könnten aufgrund der langen Strecke laut Prof. Jens Günster, Experte für additive Fertigung an der BAM, kein Werkzeug oder Ersatzteile hinterhergeschickt werden. Ein benötigtes Teil vor Ort selbst drucken zu können, bedeutet also maximale Flexibilität.

Erfolgreiche Parabelflug-Experimente

In den diesjährigen Parabelflug-Experimenten haben Günster und sein Team die entwickelten Geräte und Verfahren unter Gravitationsbedingungen, wie sie auf dem Mond und dem Mars herrschen, erprobt. Neben Versuchen mit metallischem Pulver wurde erstmals auch der 3D-Druck mit simuliertem Mondstaub, sogenanntem Mondregolith-Simulat, getestet.

„Die Versuche haben gezeigt, dass das Verfahren nicht nur in völliger Schwerelosigkeit, sondern auch unter verschiedenen Gravitationsbedingungen und mit verschiedenen Ausgangsmaterialien grundlegend funktioniert“, erklärt Günster. In dem Experiment wurden unter Mond- und Mars-Gravitationsbedingungen kleine Schraubenschlüssel aus metallischem Pulver und der berühmte Fußabdruck von Neil Armstrong aus Mondregolith-Simulat gedruckt.

Im Rahmen des Projekts „Pulverbasierte additive Fertigung unter reduzierten Schwerkraftbedingungen“ soll das verwendete Equipment kontinuierlich verschiedenen Gravitationsbedingungen angepasst werden. Die Nutzung von Materialien vor Ort würde zusätzliche Flexibilität bei künftigen Raumfahrtmissionen ermöglichen. In einem weiteren Projekt in Kooperation mit der TU Clausthal wird die großflächige Sinterung von Mondstaub-Simulat untersucht.

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