3D-gedruckte Kevlar-Schilde für Reparatur von Luft- und Raumfahrtzeugen
Luft- und Raumfahrzeuge sind aus unserer Lebensweise nicht mehr wegzudenken. Ob für Reisen, Satellitenkommunikation, Navigation, nationale Sicherheit oder eine der anderen zahlreichen Anwendungen, für die diese Fahrzeuge benötigt werden, ist es wichtig, dass sie schnell und kompetent repariert werden können, um Störungen oder sogar Gefahren zu vermeiden. Jetzt lässt ein neuer Ansatz aufhorchen, um dies zu tun. Im Rahmen des SBORAEK-Projekts soll eine bessere Methode zur Reparatur von Luft- und Raumfahrtstrukturen durch den Einsatz von 3D-gedruckten Kevlar-Schilden gefunden werden.
SBORAEK steht für „Smart Ballistic Optimization for Repairing of Aerospace Exostructures using 3D-printed Kevlar“ (Intelligente ballistische Optimierung für die Reparatur von Luft- und Raumfahrt-Exostrukturen unter Verwendung von 3D-gedrucktem Kevlar) und ist ein Wortspiel mit dem türkischen Gebäck Börek. Das Projekt wird von Dr. Leonardo Barilaro, Dozent für Luft- und Raumfahrttechnik am Malta College of Arts, Science, and Technology (MCAST) geleitet. Außerdem wird es vom maltesischen Rat für Wissenschaft und Technologie finanziert und durch eine Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Ingenieurwesen und Verkehr (IET) des MCAST, dem CISAS der Universität Padua (Italien) und der Skyup Academy (Italien) unterstützt. Ziel ist es, Schutzschilde zu entwickeln, die eine schnellere und kostengünstigere Reparatur von Raum- und Luftfahrzeugen ermöglichen.
Einer der 3D-gedruckten Kevlar-Schilde, die mit dem 3D-Druckverfahren der kontinuierlichen Verbundwerkstoff-Extrusion hergestellt wurden.
3D-gedruckte Kevlarschilde zur Verbesserung von Reparaturen in der Luft- und Raumfahrt
Die strukturelle Integrität von Luft- und Raumfahrzeugen ist verständlicherweise von größter Bedeutung für die Sicherheit. Diese kann eine echte Herausforderung darstellen, denn Weltraummüll oder sogar Mikrometeoroiden können mit Raumfahrzeugen kollidieren und schwere Schäden verursachen. Wenn man bedenkt, dass es nach den neuesten Zahlen der ESA mehr als 40 500 Weltraummüllobjekte gibt, die größer als 10 cm sind, ist die Fähigkeit, diese Raumfahrzeuge schnell zu reparieren, von enormer Bedeutung. Die derzeitigen Methoden sind jedoch sowohl zeitaufwändig als auch teuer. SBORAEK will dies ändern.
Das Projekt verfolgt drei Hauptziele: die Entwicklung einer Methode zur Optimierung des Designs dieser Schilde im Hinblick auf eine bessere ballistische Leistung (z. B. bei Kollisionen mit Trümmern), die Entwicklung maßgeschneiderter Reparaturflicken mit 3D-gedruckten Aramid-Endlosfasern (Kevlar) in Kombination mit anderen Materialien zur Verbesserung der Funktionalität und schließlich die Verringerung der MRO-Zeiten (Maintenance, Repair and Overhaul) durch die Rationalisierung des Reparaturprozesses. Wie man sieht, spielt der 3D-Druck bei der Herstellung dieser Kevlar-Schilde eine zentrale Rolle.
Aber wie funktioniert das? Ähnlich wie bei den Börek-Gebäckstücken, die aus dünnen, flockigen Teigschichten hergestellt werden, besteht die Idee darin, mithilfe des kontinuierlichen 3D-Drucks von Verbundwerkstoffen schichtweise Strukturen zu schaffen. Das Material sind natürlich Aramidfasern, zum Beispiel Kevlar und Kohlefaser. Diese werden häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, da sie nicht nur leicht, sondern auch außerordentlich stabil sind, in vielen Fällen vergleichbar mit Metall.
Beispiele für verschiedene 3D-gedruckte Kevlar-Schilde, die für das Projekt hergestellt wurden
Die daraus resultierenden Schilde können als Reparaturflicken betrachtet werden, die für jeden einzelnen Fall individuell angepasst werden können. Die Argumentation hinter diesem Design ist, dass sie Ausfallzeiten und Reparaturkosten durch Vor-Ort-Reparaturen minimieren können, während sie gleichzeitig eine überlegene Anpassung mit reduzierten Materialien und Gewicht, eine Verbesserung der allgemeinen Reparierbarkeit und Anwendungen außerhalb der traditionellen Luftfahrt finden.
Das Projekt gipfelte kürzlich in der Erprobung der 3D-gedruckten Kevlar-Schilde. Dies geschah in Zusammenarbeit mit Thiot Ingenierie (Frankreich) in der Hypervelocity Impact-Anlage, die über eine Light-Gas-Kanone verfügt. Damit wurde die ballistische Leistung der 3D-gedruckten Kevlar-Schilde bei einem Aufprall mit hoher Energie, z. B. durch Weltraummüll oder sogar eine Kugel, getestet.
Zum jetzigen Zeitpunkt sind die Ergebnisse noch nicht bekannt gegeben worden. Es ist jedoch unbestreitbar, dass im Erfolgsfall die Möglichkeit, diese Schilde auf Anfrage in 3D zu drucken, eine schnellere Umsetzung sowie eine viel stärkere Personalisierung ermöglichen würde, wodurch Reparaturprozesse von der ISS bis hin zu kleinen Satelliten viel effizienter würden. Weitere Informationen über das Projekt finden Sie HIER.
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*Bildnachweise: SBORAEK
