Anwendung des Monats: 3D-gedruckter Titantank von Südkoreanischem Konsortium

Eine Allianz aus führenden südkoreanischen Unternehmen und Forschungseinrichtungen hat einen bedeutenden Schritt in der Entwicklung fortschrittlicher Raumfahrttechnologien gemacht. Beteiligt an dem Projekt sind das Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), das Korea Aerospace Research Institute (KARI), KP Aero Industries, AM Solutions sowie die Hanyang University. Gemeinsam arbeiteten sie an einem hochinnovativen Entwicklungsprojekt zur additiven Fertigung von Hochdruckbehältern aus Titan – Bauteilen, die essenziell für den Einsatz in Trägerraketen und Satelliten sind. Dabei gelang es dem Team einen 3D-gedruckten Titantank unter Beweis zu stellen.
Ziel des Projekts war es, die Machbarkeit und Belastbarkeit eines 3D-gedruckten Weltraumtanks unter realistischen Bedingungen zu demonstrieren. Der dabei gefertigte kryogene Tank aus Titan misst 640 mm im Durchmesser und fasst 130 Liter. Um die Leistungsfähigkeit unter extremen Bedingungen zu testen, wurde der Tank tiefgefroren und einem kryogenen Drucktest unterzogen – mit beeindruckendem Ergebnis: Der Test war ein voller Erfolg. Der Tank hielt einem Betriebsdruck von 220 bar sowie einem Prüfdruck von 330 bar bei einer Temperatur von -196 °C stand. Dies stellt weltweit den ersten erfolgreichen Test eines 3D-gedruckten Hochdruckbehälters unter derart extremen Bedingungen dar.

Der kryogenische Drucktest (links) und ein Drucktest bei Raumtemperatur (rechts)
DED und zwei Hemisphären
KITECH übernahm die Verantwortung für den additiven Fertigungsprozess. Zum Einsatz kam dabei die DED-Technologie (Directed Energy Deposition), bei der Titanmaterial Schicht für Schicht aufgetragen und gleichzeitig geschmolzen wird. Die Fertigung umfasste zwei hemisphärische Titanhälften, die nach einer präzisen Wärmebehandlung und Bearbeitung zu einem monolithischen Tank verschweißt wurden. Dank Echtzeitüberwachung konnten optimierte Deposition-Pfade präzise umgesetzt werden – ein Schlüssel für die erreichte geometrische Genauigkeit und mechanische Integrität.
Die additive Fertigung bietet entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren, insbesondere bei Titan. Klassische Produktionsmethoden leiden unter Materialengpässen für Gussformen, Designeinschränkungen und hohen Kosten. Durch den 3D-Druck konnten diese Limitationen überwunden werden – mit Vorteilen wie höherer Materialeffizienz, Designfreiheit und erheblichen Kosteneinsparungen.

Die Hälften wurden mittels DED gefertigt und schlussendlich zusammengeschweißt
Die Wichtigkeit des Titantanks für die Raumfahrt
Hochdruckbehälter sind essenzielle Komponenten in der Raumfahrt. Sie speichern flüssige Treibstoffe und enthalten Gase, die für die Lage- und Höhensteuerung von Raumfahrzeugen genutzt werden. Titanlegierungen sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Stabilität bei tiefen Temperaturen besonders geeignet – bisher jedoch schwierig herzustellen. Das Projekt beweist, dass 3D-gedruckte Bauteile diesen Anforderungen gerecht werden.
Dr. Lee Hyup vom KITECH KAMIC betont: „Diese Demonstration beweist, dass großformatige additiv gefertigte Strukturen den kryogenen und Hochdruckbedingungen, die tatsächlichen Betriebsbedingungen simulieren, zuverlässig standhalten können. Damit ist die Grundlage für den breiten Einsatz des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrt geschaffen.“
Auch Kim Hyun-joon vom Korea Aerospace Research Institute sieht die Zukunft vielversprechend: „Wir werden die Zusammenarbeit fortsetzen, um zyklische Drucktests bei Betriebsdrücken durchzuführen und weitere Zertifizierungen für die Weltraumflugtauglichkeit anzustreben.“

Das Forschungsteam
Dieses Projekt markiert einen bedeutenden Meilenstein in der Entwicklung sicherer, effizienter und zukunftsweisender Raumfahrtsysteme – und verdeutlicht das große Potenzial des 3D-Drucks in der industriellen Fertigung kritischer Komponenten. Mehr Informationen finden Sie HIER.
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*Bildverweise: KITECH