{"id":42853,"date":"2023-01-12T14:01:14","date_gmt":"2023-01-12T13:01:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=42853"},"modified":"2023-01-12T14:04:58","modified_gmt":"2023-01-12T13:04:58","slug":"e-2-fluessigkeitsraketentriebwerk-die-wichtige-leistung-von-raketentriebwerken-071220221","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/e-2-fluessigkeitsraketentriebwerk-die-wichtige-leistung-von-raketentriebwerken-071220221\/","title":{"rendered":"Additive Fertigung von Metall verbessert mit E-2-Fl\u00fcssigkeitsraketentriebwerk die wichtige Leistung von Raketentriebwerken"},"content":{"rendered":"

Es besteht kein Zweifel daran, dass Satelliten eine entscheidende Rolle in unserem Leben spielen. Sie liefern nicht nur Informationen \u00fcber die Wolken, die Ozeane, das Land und die Luft auf der Erde (und erm\u00f6glichen so den Wissenschaftlern, Wetter und Klima vorherzusagen), sondern sind auch f\u00fcr die t\u00e4gliche Kommunikation und vieles mehr unerl\u00e4sslich. Aber wussten Sie, dass Satelliten immer kleiner werden? Heute sind Satelliten billiger zu produzieren, weil sie leichter sind als fr\u00fchere Versionen, was zu geringeren Startkosten f\u00fchrt. Infolgedessen bem\u00fchen sich die Unternehmen auch um die Entwicklung kleinerer, kosteng\u00fcnstigerer Raketen, die sie tragen k\u00f6nnen. Eines der bemerkenswertesten Unternehmen auf dem Markt ist Launcher<\/a>, die ein E-2-Fl\u00fcssigkeitsraketentriebwerk hergestellt haben.<\/p>\n

Das kalifornische Start-up-Unternehmen Launcher wurde 2017 gegr\u00fcndet, um die steigende Nachfrage nach Tr\u00e4gerraketen zu befriedigen, die das Angebot auf dem Markt f\u00fcr Satellitenstarts (der bis 2030 von 8 Mrd. USD auf 38 Mrd. USD anwachsen soll) \u00fcbersteigt. Das Unternehmen kombiniert Fl\u00fcssigkeitsantriebstechnologie und Metall-3D-Druck<\/a>, um effiziente Raketen und Transferfahrzeuge zu entwickeln, die kleine Satelliten in die Umlaufbahn bringen. Das Unternehmen hat insbesondere das kosteng\u00fcnstige Raketentriebwerk Launcher Engine-2 (E2) entwickelt, das f\u00fcr die Massenproduktion optimiert wurde. Es soll das leistungsst\u00e4rkste Fl\u00fcssigkeitsraketentriebwerk seiner Klasse sein und ist als zentrale Schubkomponente f\u00fcr die Light-Rakete von Launcher vorgesehen. Um dieses innovative Design zu realisieren, wandte sich Launcher an Stratasys Direct Manufacturing und die Metall-AM-Technologie von Velo3D<\/a>.<\/p>\n

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Testen des Antriebs (Bild: Launcher\/John Kraus Photography)<\/p><\/div>\n

Ein genauerer Blick auf den E-2-Fl\u00fcssigkeitsraketentriebwerk<\/h3>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, wurde das E-2-Fl\u00fcssigkeitsraketentriebwerk als Teil der Hochleistungsraketen von Launcher entwickelt. Der mit LOX (Fl\u00fcssigsauerstoff)\/RP-1 (Kerosin) angetriebene 22.000 lbf (pound-force) Motor gilt als der weltweit leistungsst\u00e4rkste Motor f\u00fcr kleine Starts. Das aus einer Kupferlegierung 3D-gedruckte Triebwerk hat einen Verbrennungswirkungsgrad von 98 % und eine Leistung von 365s Isp. Dar\u00fcber hinaus kann sich das Laufrad der LOX-Pumpe dank seiner hohen Auswuchtung unter kryogenen Bedingungen mit 30.000 Umdrehungen pro Minute drehen und dabei fl\u00fcssigen Sauerstoff transportieren.<\/p>

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Der innovative und leistungsstarke Charakter der E-2-Rakete bedeutet jedoch, dass sie nicht so einfach herzustellen ist. Die Turbopumpe, einschlie\u00dflich des Laufrads, stellt eine besondere Herausforderung dar. Max Haot, Gr\u00fcnder und CEO von Launcher, erl\u00e4uterte die Schwierigkeit des Projekts: „Bei jedem Fl\u00fcssigkeitsraketentriebwerk, das eine Umlaufbahn erreichen kann, ist die Turbopumpe einer der schwierigsten Teile des Projekts … oder zumindest die H\u00e4lfte der Herausforderung. Und wenn es sich um eine Turbopumpe f\u00fcr einen geschlossenen Zyklus mit Stufenverbrennung handelt, wird diese Herausforderung noch gr\u00f6\u00dfer.“<\/em><\/p>\n

Und obwohl f\u00fcr das Projekt die additive Fertigung<\/a> von Metallen gew\u00e4hlt wurde, sind Fehler auf diesem hohen Leistungsniveau nicht m\u00f6glich. Haot f\u00fcgte hinzu: „Ich m\u00f6chte betonen, wie bedeutsam dies ist. Wir haben es mit fl\u00fcssigem Sauerstoff und einem Laufrad zu tun, das sich mit 30.000 Umdrehungen pro Minute dreht, um eine Leistung von etwa einem Megawatt aus der Turbine zu erzeugen. In einer solchen Umgebung mit einem Druck von 4.000 psi kann jede Anomalie, jede Reibung zwischen Rotor und Stator, zu einer sofortigen, schnellen und ungeplanten Demontage f\u00fchren.“<\/em> Innovative Technologien w\u00e4ren also der Schl\u00fcssel.<\/p>\n

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Spiralteil der Fl\u00fcssigsauerstoffpumpe zur Versorgung des E-2-Triebwerks (Bild: Launcher)<\/p><\/div>\n

Launcher wandte sich daher an Stratasys Direct Manufacturing, die ihrerseits die Sapphire\u00ae-L\u00f6sung von Velo3D verwendeten, um den gut ausbalancierten Inducer-Impeller zu erstellen. Diese wichtige Komponente beschleunigt das LOX und treibt es in die Brennkammer, wodurch ein gr\u00f6\u00dferer Fl\u00fcssigkeitsstrom und mehr Schub f\u00fcr die Rakete erzeugt wird. Genauer gesagt wurde der Impeller der E-2 durch die Integration von zwei separaten 3D-gedruckten Teilen, einem Inducer und einem Impeller, in ein gemeinsames und effizientes Bauteil hergestellt. Als Material wurde INCONEL 718 gew\u00e4hlt, ein korrosionsbest\u00e4ndiges Material mit guter LOX-Kompatibilit\u00e4t und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit bei kryogenen Temperaturen.<\/p>\n

Warum entschied man sich f\u00fcr die additive Metall-Fertigung?<\/h3>\n

Wenn Launcher nat\u00fcrlich jede beliebige Technologie w\u00e4hlen k\u00f6nnte, warum haben sie sich dann f\u00fcr Metal AM und insbesondere f\u00fcr die L\u00f6sung von Velo3D entschieden? Nun, die additive Fertigung von Metallen hat, wie zu erwarten, mehrere Vorteile, insbesondere in Bezug auf niedrigere Kosten und Designfreiheit. Allerdings ist nicht jede L\u00f6sung geeignet. Um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen, konnte das Teil nicht mit internen St\u00fctzen oder durch Kippen hergestellt werden. Deshalb entschied sich Stratasys Direct f\u00fcr das Velo3D Sapphire\u00ae-System, da es Teile ohne St\u00fctzen drucken kann.<\/p>\n

Vor allem die M\u00f6glichkeit, flach zu drucken, war f\u00fcr das Team von entscheidender Bedeutung, da ein Kippen des Teils w\u00e4hrend des Druckvorgangs verhindert h\u00e4tte, dass ein gut ausbalanciertes drehendes Bauteil hergestellt werden konnte. Bei anderen L\u00f6sungen w\u00e4re dies nicht m\u00f6glich, da die Benutzer das Teil im Allgemeinen kippen m\u00fcssen, wenn sie interne St\u00fctzen vermeiden wollen (die bei vielen komplexen Geometrien f\u00fcr viele 3D-Druckl\u00f6sungen aus Metall erforderlich sind). Das ist bei dem Sapphire\u00ae-System nicht der Fall.<\/p>\n

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Die beiden Sapphire-Drucker von Launcher (Bild: Launcher)<\/p><\/div>\n

Wie wir bereits erw\u00e4hnt haben, ist die L\u00f6sung von Velo3D aufgrund ihrer Designfreiheit einzigartig im Bereich AM und verk\u00f6rpert das Motto des Unternehmens „Drucken Sie das Teil, das Sie wollen und brauchen – ohne Kompromisse“<\/em>. Diese Freiheit ist das Ergebnis mehrerer Faktoren, einschlie\u00dflich der Tatsache, dass Velo3D eine fortschrittliche, vollst\u00e4ndig integrierte Metall-AM-L\u00f6sung anbietet, welche seine Flow\u2122-Druckvorbereitungssoftware und Assure\u2122-Software zur Qualit\u00e4tsvalidierung inkludiert. Dar\u00fcber hinaus ist das System in der Lage, niedrige Winkel von bis zu null Grad zu drucken. Letzteres war f\u00fcr Launcher besonders wichtig, da das Teil so flach gedruckt werden konnte.<\/p>\n

Ein Kippen des Teils h\u00e4tte die Qualit\u00e4t aufgrund von Spannungsakkumulationen w\u00e4hrend des Drucks beeintr\u00e4chtigt und die Herstellung eines gut ausbalancierten Spinning-Bauteils verhindert. Laut Stratasys Direct war es mit dem Velo3D-System m\u00f6glich, die Laufr\u00e4der in der idealen Ausrichtung zu drucken und gleichzeitig die Notwendigkeit interner St\u00fctzen zu vermeiden, die das fertige Teil ebenfalls h\u00e4tten besch\u00e4digen k\u00f6nnen. Andre Ivankovic, Maschinenbauingenieur bei Launcher, erkl\u00e4rte weiter: „Indem wir das Teil flach gedruckt haben, erhielten wir eine sch\u00f6ne symmetrische Massenverteilung des Teils in Bezug auf die zentrale Rotationsachse.“<\/em><\/p>\n

Was war das Ergebnis?<\/h3>\n

Das resultierende Teil musste umfassende, kundenspezifische Nachbearbeitungs<\/a>– und Validierungsschritte durchlaufen, bevor es fertiggestellt werden konnte. Zu diesem Zweck bearbeitete Stratasys Direct das Bauteil teilweise, um das gesamte Pulver aus den inneren Kan\u00e4len zu entfernen, bevor es einer zertifizierten W\u00e4rmebehandlung unterzogen wurde. Der n\u00e4chste Schritt war die Best\u00e4tigung, dass das Laufrad die Anforderungen an die Materialdichte und -integrit\u00e4t vor den thermischen Prozessen erf\u00fcllt.<\/p>\n

Die Kombination aus der AM-Expertise von Stratasys Direct und der strengen sekund\u00e4ren Nachbearbeitung mit der F\u00e4higkeit von Velo3D, ohne St\u00fctzen zu drucken, gew\u00e4hrleistete die erfolgreiche Herstellung eines hochkomplexen und funktionalen Teils. Und die bisherigen Tests sind erfolgreich verlaufen. Vor kurzem hat Launcher die Turbopumpe des E-2-Triebwerks f\u00fcr die U.S. Space Force in einer Kampagne im NASA Stennis Space Center erfolgreich getestet. Dort konnte das E-2-Testteam im Verlauf von 11 Tests alle Ziele in Bezug auf Leistung, Eingangs- und Ausgangsdruck, Effizienz und Vibration erreichen oder \u00fcbertreffen. Mehr dar\u00fcber, wie der E-2 mit der Sapphire\u00ae-L\u00f6sung von Velo3D hergestellt wurde, erfahren Sie HIER<\/a>.<\/p>\n