Deutsche Forscher entwickeln Verfahren für den 3D-Druck in der Mikrogravitation
Unser Weltall übt seit jeher eine große Faszination auf die Menschen aus und die Besiedlung von Mars und Mond bleibt ein großes Ziel. Um dies zu bewältigen, ist es nötig, lokale Ressourcen unter den dort vorherrschenden Bedingungen zu verarbeiten. Der 3D-Druck zeigt in diesem Bereich beeindruckendes Potential, da anfallende Reparaturen mit minimalem Materialverbrauch direkt umgesetzt werden können, was die Anschaffung teurer Ersatzteile vermeidet. Zahlreiche Projekte und Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit dem 3D-Druck unter Schwerelosigkeit. Jedes davon treibt die Erkundung des Weltraums und den Einsatz von AM im All voran. Nun leisteten auch zwei deutsche Universitäten ihren Beitrag dazu und entwickelten ein flexibles Verfahren für Laserauftragschweißen unter Mikrogravitation.
Ein interdisziplinäres Forscherteam der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg arbeitete gemeinsam am Projekt „Additive Fertigung in der Mikrogravitation mittels Laserauftragschweißen“, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurde. Die Forscher entwickelten im Zuge des Projekts ein flexibles 3D-Druckverfahren, um Metallbauteile unter Mikrogravitation herzustellen und zu reparieren. Als Verfahren setzten sie auf das Laserauftragschweißen mit Metallpulver. Dabei schmilzt ein Laser gezielt Metallpulver, das dann Schicht für Schicht aufgetragen wird, sodass ein neues Bauteil entsteht. Das Verfahren kann auch eingesetzt werden, um bestehende Bauteile zu reparieren, indem direkt auf die beschädigte Komponente gedruckt wird.
Marvin Raupert – ein Ingenieur des Projekts – abgebildet mit einem Modell, das den 3D-Druckprozess demonstriert.
Die große Herausforderung bestand für das Team im Pulverhandling und der Verarbeitung in der Mikrogravitation. Um diese Bedingungen zu simulieren, kam der Einstein-Elevator zum Einsatz. Dieses Großforschungsgerät ist am Hannover Institute of Technology vorhanden und erlaubte es dem Forscherteam, das Druckverfahren unter verschiedenen Gravitationsbedingungen zu testen. Die verschiedenen Rahmenbedingungen reichten von der Schwerelosigkeit bis zu den starken Kräften bei einem Raketenstart. Dazu wurden das Pulverfördersystem und das Lasersytem in einer Gondel aufgebaut und an die Mikrogravitation im Weltraum angepasst. Die Forscher testeten das Laserauftragschweißen mit verschiedene Materialien, darunter Titanlegierungen und Nickellegierungen – beides beliebte Werkstoffe in der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt.
Auf diesem Erfolg aufbauend sollen nun weitere Forschungen folgen. So soll in Zusammenarbeit mit dem Laser Zentrum Hannover (LZH) eine Möglichkeit entwickelt werden, um Mondregolith für den 3D-Druck aufzubereiten. Ziel ist es, das auf dem Mond vorherrschende Regolith zu verarbeiten, um es für die Produktion vor Ort und die Infrastruktur zu nutzen.
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*Bildnachweise: Sören Pinsdorf, LUH
