Raketentriebwerk: Wie die additive Fertigung den Weltraum erobert

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Ein Raketentriebwerk – bestehend aus Brennkammer und Einspritzdüse - wird 3D-gedruckt und bringt auf der ersten Stufe der Trägerrakete Kleinsatelliten in den Orbit.

• Das US-amerikanische Raumfahrtunternehmen Launcher hat bei der AMCM, die als Teil der EOS Group auf kundenspezifische AM-Lösungen spezialisiert ist, das System AMCM M 4K für seine neue Produktionsstätte in Hawthorne, Kalifornien, in Auftrag gegeben.

• Die AMCM M 4K ermöglicht es Launcher, die größte additiv gefertigte einteilige Brennkammer aus einer Kupferlegierung (CuCrZr) zu produzieren.

• Das komplette Launcher E-2 Raketentriebwerk – bestehend aus Brennkammer und Einspritzdüse - wird auf der AMCM M 4K 3D-gedruckt und bringt auf der ersten Stufe der Trägerrakete Kleinsatelliten in den Orbit.

Launcher gehört zu den ersten Unternehmen, die auf additive Fertigung für den Bau von Raketentriebwerken setzte und fand in AMCM den idealen Partner zur Umsetzung seiner Vision. Während der Zusammenarbeit wurde das AMCM M 4K-Maschinenkonzept und die Anwendung weiter perfektioniert und das erste Raketentriebwerk im Oktober 2019 vor Ort bei AMCM in Starnberg gebaut. Ein erster Hot-Fire-Test durch Launcher im Oktober 2020 im Stennis Space Center der NASA veranlasste Launcher, eine AMCM M 4K im Rahmen des Firmenumzugs und der Einrichtung der neuen Produktionsstätte zu beschaffen.

Launcher arbeitet bereits seit 2017 erfolgreich mit AMCM zusammen. Zu dieser Zeit wurden die 3D-gedruckten Flüssigkeitsraketentriebwerke entweder als kleinere Triebwerke oder mehrteilige Brennkammern gebaut, weil das Bauvolumen der handelsüblichen 3D-Drucker auf etwa 40 cm³ begrenzt war.

AMCM M 4K ermöglicht eine Bauteilhöhe von 100 cm

Launcher konzentriert sich auf Hochleistungsantriebe und wollte die Brennkammer des Triebwerks E-2 in einem Stück in 3D drucken. Damit konnte man ein komplett optimiertes Design der internen Kühlkanäle, eine Reduzierung der Bauteile, eine Prozessvereinfachung und geringere Gesamtkosten erzielen.

Auch durch die Anforderungen von Launcher entstand mit der AMCM M 4K eine der größten AM Maschinenlösungen mit einem außergewöhnlich großen Teilebauvolumen von 45 x 45 x 100 cm. "Die Flexibilität und Offenheit von AMCM gegenüber Kundenwünschen, sowohl im Maschinenbau als auch bei der Prozessimplementierung, ist bemerkenswert", sagt Max Haot, Gründer und CEO von Launcher.

Additive Fertigung für Raketentriebwerk

Nicht nur die mögliche Teilegröße bedeutet einen großen Fortschritt – auch der verwendete Werkstoff ist von entscheidender Bedeutung. Launcher verwendet für den Bau seiner Brennkammern eine Kupferlegierung, die eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Haot war von einigen der frühen Kupfer-Forschungen im 3D-Druck der NASA inspiriert und beauftragte AMCM und EOS, einen auf die Kupferlegierung angepassten Prozess (CuCrZr) für das AMCM M 4K-System zu entwickeln.

Martin Bullemer, Geschäftsführer der AMCM erläutert: „Der große Vorteil der additiven Fertigung von Raketentriebwerken im Vergleich zu herkömmlichen Technologien liegt in deutlich niedrigeren Kosten und einer stark verbesserten Gesamtleistung des Bauteils.“ Außerdem, so Bullemer, werden die Entwicklungszeiten enorm verkürzt und die gewonnene Designfreiheit ermöglicht neue innovative Ansätze. Im Ergebnis bedeutet das verbesserte Antriebssysteme, die weniger Treibstoff verbrauchen und größere Nutzlasten tragen können. Die additive Fertigung revolutioniert die Raumfahrtindustrie. Unternehmen wie Launcher nutzen diese große Chance und AMCM begleitet ihren Vorstoß in den Weltraum als verlässlicher Partner.

Bild oben: Die auf der AMCM M 4K 3D-gedruckte Brennkammer Launcher E-2 auf dem Launcher Teststand im NASA Stennis Space Center. Bildquelle: AMCM

Weitere Informationen: https://amcm.com/ und https://launcherspace.com/

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