{"id":61423,"date":"2025-02-20T00:01:03","date_gmt":"2025-02-19T23:01:03","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=61423"},"modified":"2025-02-19T11:07:20","modified_gmt":"2025-02-19T10:07:20","slug":"elektrospray-motor-3d-druck-200220251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/elektrospray-motor-3d-druck-200220251\/","title":{"rendered":"Der Elektrospray-Motor und 3D-Druck als Schl\u00fcssel zur Zukunft der Raumfahrt"},"content":{"rendered":"

Ein Elektrospray-Motor ist ein Antriebssystem, das auf dem Prinzip des Elektrosprays basiert, um Schub zu erzeugen. Dabei werden geladene Teilchen oder Tr\u00f6pfchen durch ein starkes elektrisches Feld beschleunigt und ausgesto\u00dfen, was eine R\u00fccksto\u00dfkraft erzeugt und somit ein Raumfahrzeug<\/a> antreiben kann. Miniaturmotoren eignen sich besonders gut f\u00fcr kleine Satelliten, die als CubeSats bezeichnet werden und unter anderem in der akademischen Forschung eingesetzt werden. H\u00e4ufig werden Elektrospray-Triebwerke bevorzugt, da sie den Treibstoff effizienter nutzen als herk\u00f6mmliche chemische Raketen<\/a>, was sie besonders geeignet f\u00fcr Man\u00f6ver im Orbit macht. Traditionell werden sie in teuren und zeitaufw\u00e4ndigen Halbleiter-Reinraumfertigungsverfahren hergestellt, was die Einsatzm\u00f6glichkeiten und die Zahl der Hersteller begrenzt. Um dieses Problem zu umgehen, haben MIT-Ingenieure nun einen Elektrospray-Motor entwickelt, der vollst\u00e4ndig im 3D-Druckverfahren<\/a> gefertigt wurde.<\/span><\/p>\n

Der Elektrospray-Motor arbeitet mit einem Treibstoffvorrat, der \u00fcber mikrofluidische Kan\u00e4le zu einer Reihe von Emittern geleitet wird. An der Spitze dieser Emitter wird ein starkes elektrostatisches Feld angelegt, das einen elektrohydrodynamischen Effekt ausl\u00f6st. Dadurch werden elektrisch geladene Tr\u00f6pfchen mit hoher Geschwindigkeit ausgesto\u00dfen, was Schub erzeugt. Ein Emitter-Array besteht aus acht Modulen, wobei jedes Modul vier einzelne Emitter enth\u00e4lt. Diese m\u00fcssen synchron arbeiten, um ein gr\u00f6\u00dferes System aus mehreren Modulen zu bilden. Da herk\u00f6mmliche Fertigungsmethoden aufgrund der unterschiedlichen Bauteilgr\u00f6\u00dfen nicht praktikabel waren, kombinierten die Forscher verschiedene additive Herstellungsverfahren<\/a>, um eine funktionierende Einheit zu schaffen. F\u00fcr die Produktion der Emittermodule kamen so zwei Arten des Photopolymerisationsdrucks<\/a> zum Einsatz. Die Forscher verwendeten den Zwei-Photonen-Druck<\/a>, bei dem ein hochfokussierter Laserstrahl fl\u00fcssiges Harz<\/a> gezielt aush\u00e4rtet, sodass die Struktur Schicht f\u00fcr Schicht aufgebaut wird. Dank dieser Pr\u00e4zision konnten sie extrem feine Emitterspitzen sowie gleichm\u00e4\u00dfige, schmale Kapillaren f\u00fcr den Treibstofftransport herstellen.<\/span><\/p>\n

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3D-CAD-Modelle des in dieser Studie untersuchten Elektrospray-Triebwerks: a) Explosionsdarstellung des zusammengesetzten Triebwerks mit Verteilerblock, Emittermodul-Array und Extraktorelektrode und b) Nahaufnahme eines Emittermoduls mit vier Emittern, die \u00fcber eine Kapillare mit Treibstoff versorgt werden.<\/p><\/div>\n

Die Emittermodule sind in einem rechteckigen Verteilerblock eingebaut, der sie fixiert und mit Treibmittel versorgt. Zus\u00e4tzlich integriert dieser Block eine Extraktorelektrode, die bei Anlegen einer passenden Spannung den Treibstoff aus den Emitterspitzen herausl\u00f6st. Da der Zwei-Photonen-Druck f\u00fcr gr\u00f6\u00dfere Strukturen aufgrund seines begrenzten Druckvolumens nicht effizient gewesen w\u00e4re, entschieden sie sich f\u00fcr eine alternative Technik: Der Verteilerblock wurde mithilfe des Digital Light Processing (DLP)<\/a> gefertigt. Bei dieser Methode projiziert ein mikroskopisch kleiner Projektor Licht auf das Harz, wodurch jeweils eine ganze Schicht der 3D-Struktur auf einmal ausgeh\u00e4rtet wird. Diese Technik erm\u00f6glicht eine schnellere Herstellung gr\u00f6\u00dferer Bauteile und erg\u00e4nzt so den hochpr\u00e4zisen Zwei-Photonen-Druck f\u00fcr feinere Details.<\/span><\/p>

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Anschlie\u00dfend wurden Experimente durchgef\u00fchrt, um sicherzustellen, dass die 3D-Druckmaterialien<\/a> mit dem Fl\u00fcssigkeitstreibstoff kompatibel sind. Zudem wurde eine Methode entwickelt, um die einzelnen Bauteile pr\u00e4zise miteinander zu verbinden und Fehlausrichtungen zu vermeiden, die die Leistung des Systems beeintr\u00e4chtigen k\u00f6nnten. Insgesamt bietet der Einsatz des 3D-Drucks mehrere Vorteile: Er senkt die Kosten, erm\u00f6glicht die Verwendung kommerziell erh\u00e4ltlicher Materialien und Fertigungstechniken und k\u00f6nnte sogar die komplette Herstellung im Orbit erm\u00f6glichen. Dadurch h\u00e4tten Astronauten die M\u00f6glichkeit, Antriebssysteme f\u00fcr Satelliten<\/a> direkt im All zu produzieren, ohne auf Nachschublieferungen von der Erde warten zu m\u00fcssen.<\/span><\/p>\n

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Optische Aufnahmen eines 3D-gedruckten Elektrospray-Triebwerks: b) Vollst\u00e4ndig montiertes Ger\u00e4t neben einer US-Quarter-M\u00fcnze c) Seitenansicht des Ger\u00e4ts ohne Extraktorelektrode neben einer US-Quarter-M\u00fcnze und d) Nahaufnahme eines Emittermoduls.<\/p><\/div>\n

Zuk\u00fcnftig soll die Forschung in diesem Bereich weiter vorangetrieben werden. Ziel ist es, dichtere Anordnungen von Emittermodulen zu realisieren und den Einsatz mehrerer Elektroden zu erforschen, um die Effizienz und Leistung der Elektrospray-Motoren weiter zu verbessern. Mehr \u00fcber das Projekt erfahren Sie HIER<\/a>.<\/span><\/p>\n

Was halten Sie von dem Elektrospray-Motor und der Anwendung von dem 3D-Druck? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf\u00a0Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0mit. Wenn Sie mehr zum 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt lesen m\u00f6chten, schauen Sie auf unserer\u00a0Landing Page<\/a>\u00a0vorbei. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n

*Alle Bildnachweise: Hyeonseok Kim,\u00a0<\/span><\/span><\/em>Luis Fernando Vel\u00e1squez-Garc\u00eda<\/em><\/i><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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