Forschung: 3D-Druck in der Schwerelosigkeit

Astronauten, die Werkzeuge oder Ersatzteile im Weltraum per 3D-Druck selbst herstellen – das soll nach Vorstellung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Wirklichkeit werden. Zusammen mit der Technischen Universität Clausthal führt die BAM vom 11. bis 15. September Experimente zu pulverbasierter additiver Fertigung unter Microgravity-Bedingungen durch.

Im Rahmen der 30. Parabelflugkampagne des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) testen die Wissenschaftler, wie ein 3D-Drucker mit Pulver als Ausgangsmaterial in Schwerelosigkeit stabilisiert werden kann. Im Projekt „Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit” der BAM und der TU Clausthal geht es darum, ein Bauteil durch Aufbringen von Schichten eines fließfähigen Pulvers herzustellen. Dazu wird ein Computer-animiertes und in virtuelle Schichten zerlegtes Bauteil durch das wiederholte Auftragen von Pulverschichten Schicht für Schicht aufgebaut. In den geplanten Parabelflug-Experimenten liegt der Fokus auf dem Schichtauftrag des Pulvers, da dies unter Schwerelosigkeit sehr schwierig ist. Um das Pulverbett mit dem eingeschlossenen Bauteil auch ohne Gravitation zu stabilisieren, wollen die Wissenschaftler Luft-Gasstrom nutzen, der durch die Pulverschichten gesaugt wird.

Auch für Industrieanwendungen auf der Erde interessant

„3D-Druck ist noch nie in der Schwerelosigkeit erforscht worden – BAM, DLR und TU Clausthal sind da Pioniere“, erklärt Prof. Dr. Jens Günster, Projektleiter und Leiter des Fachbereiches Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe an der BAM. Ziel des Forschungsprojektes ist es, individuelle Fertigungsmöglichkeiten von benötigten Komponenten während einer Raumfahrtmission auszubauen und weiterzuentwickeln. Darüber hinaus ist das eingesetzte Verfahren auch für die industrielle Anwendung auf der Erde von großem Interesse: „Eine höhere Packungsdichte der Pulverpartikel und ein verbesserter Schichtauftrag für feinere, nicht fließfähige Pulver sind zwei wesentliche Vorteile gegenüber den konventionellen Schichtauftragsverfahren“, ergänzt Günster.

Die hier zum Einsatz kommenden Verfahren wurden zum Teil bereits international patentiert: Sie gehen auf zwei Patentfamilien zurück, die innerhalb Deutschlands gemeinschaftlich von der BAM und der TU Clausthal und außerhalb Deutschlands von der BAM alleinig anmeldet wurden.

Zum Team von Prof. Dr. Günster, der zugleich als Professor für Hochleistungskeramik an der TU Clausthal tätig ist, zählen neben Dr. Andrea Zocca und den Doktoranden Jörg Lüchtenborg sowie Pedro Lima aus der BAM auch Thomas Mühler, Doktorand an der TU Clausthal, und Marc Sparenberg, Doktorand am DLR. Nach dem im letzten Jahr genehmigten Promotionsprogramm „Selbstorganisierte multifunktionale Strukturen für den adaptiven Hochleistungsleichtbau“ ist dies ein weiterer Meilenstein der erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen der BAM, dem DLR und der TU Clausthal.

Weitere Informationen zum Projekt „Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit“ und zu den Parabelflug-Experimenten der BAM und TU Clausthal finden Sie unter https://www.bam.de/parabelflug.

In der Flugwoche vom 11. bis 15. September berichten die BAM und das DLR live vor Ort aus Bordeaux von den Parabelflügen und dem Verlauf der Experimente unter dem Hashtag #BAMzeroG und #DLRparabelflug. 

Bild: Prof. Dr. Jens Günster von der BAM und Thomas Mühler, Doktorand an der TU Clausthal bringen das Equipment für die Parabelflug-Experimente an Bord des Flugzeuges. Quelle: BAM, Referat Unternehmenskommunikation