Mini-Cubes erfolgreich beim 3D-Druck von flugbereiten Mini-Satelliten

CRP USA, ein amerikanisches Unternehmen und Partner von CRP Technology, hat drei, von Mini-Cubes entworfene Modelle von Kleinsatelliten gebaut. Es ist das erste Mal, dass vollständige funktionale Prototypen von 1P PocketQubes, die für den Einsatz im Weltraum bereit sind, unter Verwendung eines mit Kohlenfaser verstärkten Verbundwerkstoffs – Windform XT 2.0 – und des selektiven Lasersinterverfahrens hergestellt wurden.

Das Unternehmen Mini-Cubes wurde 2008 von Joseph Latrell mit dem Ziel gegründet, den PocketQube – einen besonders kleinen Kleinsatelliten mit einer Größe von etwa 5 Kubikzentimetern und einem Gewicht von höchstens 250 Gramm – zu einer vernünftigen und umsetzbaren Alternative zum CubeSat, dessen Freisetzungen in die Umlaufbahn immer kostspieliger werden, zu machen.

Vor kurzem haben Joe Latrell und sein Team ein Engineering-Projekt für einen neuen, weltraumtauglichen 1P PocketQube mit dem Namen Discovery 1a gestartet.

Für die Herstellung dieses Kleinsatelliten hat sich Latrell an CRP USA gewandt, um die gesamte Struktur und einige Komponenten in 3D-Druck zu bauen. CRP USA, die US-Tochtergesellschaft von CRP Technology, hat in den letzten fünfzehn Jahren beträchtliche Erfahrungen auf diesem Gebiet gesammelt und bedeutenden, führenden Unternehmen der Raumfahrtindustrie innovative Lösungen unter Verwendung des Lasersinterverfahrens und der von CRP Technology entwickelten Verbundwerkstoffe Windform TOP-LINE geliefert.

Ziel des Projekts von Latrell ist es, eine ganze Konstellation (oder einen Schwarm) von PocketQube-Satelliten zur Überwachung der Wasserressourcen in additiver Fertigung herzustellen.

„Ich bin schon seit langem ein begeisterter Anhänger des professionellen 3D-Drucks“, erklärt Latrell, „mit dem ich vor einigen Jahren im Rahmen meiner Arbeit für ein Unternehmen aus dem Bereich der Raumfahrt Erfahrungen gemacht habe: Damals ließ ich die Flügel einer Rakete im 3D-Druck herstellen.“

„Als wir anfingen, an der Entwicklung des Discovery zu arbeiten, wusste ich, dass ich „alle Grenzen überschreiten wollte“, angefangen bei der Form des Satelliten, der so klein wie der PocketQube ist, bis hin zur Technologie für seine Herstellung.“

„Aus diesem Grund“, fährt Latrell fort, „habe ich mich entschlossen, CRP USA und seinen COO, Stewart Davis, als Technologiepartner einzubeziehen: Ich wusste, dass sie dank ihres Fachwissens und ihrer Erfahrung auf diesem Gebiet eine großartige Arbeit leisten würden, um uns Schritt für Schritt zu unterstützen und einen zu 100 % funktionierenden Satelliten herzustellen .“

Bis heute hat CRP USA drei Funktionsmodelle für Mini-Cubes hergestellt.

Die Herausforderung

Angesichts einer dermaßen kleinen Struktur bestand die größte Herausforderung darin, die Elektronik, die Kamera und das Funksystem im Inneren des Kleinsatelliten anzupassen.

Joe Latrell fährt fort: „Der Discovery 1a gehört zur PocketQube-Familie, bei der es sich um sehr kompakte Kleinsatelliten mit einem Innenvolumen von 50 mm x 50 mm x 50 mm handelt. Angesichts dieser Größenordnung stellt unser Satellit das Beste dar, was bisher für die Fernerkundung der Ressourcen unserer Erde hergestellt werden kann.“

Die Aufgabe war nicht einfach: Die mit Windform herzustellenden Teile des Kleinsatelliten Discovery waren entscheidend für den Erfolg des gesamten Projekts.

Wie Joe Latrell deutlich macht: „Zum ersten Mal sollte ein ganzer Kleinsatellit aus einem mit Kohlefaser verstärkten Verbundwerkstoff hergestellt werden. Leistung ist alles: Der Ausfall eines einzigen, winzigen Bauteils hätte den Ausfall des gesamten Satelliten zur Folge. Die Struktur aus Windform musste unbedingt die Aufnahme und den Schutz aller Komponenten gewährleisten.“

Dank der Erfahrung, die CRP USA als Technologiepartner von führenden Unternehmen in den fortschrittlichsten Industriesektoren gesammelt hat, hat es die Herausforderung angenommen und sie gemeistert.

„Das Projekt, das Latrell uns vorgelegt hat, nämlich der Bau einer Hochleistungsstruktur mit reduziertem Platz für die Montage zahlreicher Komponenten, war einzigartig“, kommentiert Stewart Davis, COO von CRP USA, und fährt fort: „Dank unseres Fachwissens konnte das Projekt vorangebracht werden, aber nicht nur: Die Anpassung unserer Fähigkeiten an neue und immer komplexere Anwendungen“, fährt Davis fort, „ist zweifellos das Schlüsselelement, das es uns ermöglicht, Fortschritte zu machen und ein Bezugspunkt für professionelle 3D-Druckdienstleistungen in den Vereinigten Staaten zu sein. Ohne die Unterstützung und Mitarbeit von CRP Technology, dem Unternehmen, das die Windform-Materialien entwickelt und der additiven Fertigung neue Impulse und Stärke verliehen hat, wäre all dies jedoch nicht möglich.“

Für die Herstellung des Discovery 1a entschieden sich Joe Latrell und die Mitarbeiter von CRP USA für den mit Kohlenfaser verstärkten Verbundwerkstoff Windform XT 2.0.

Wie Latrell präzisiert, „wussten wir von Anfang an, dass wir bei der Produktion des Discovery auf den 3D-Druck setzen würden, aber in Bezug auf das zu verwendende Material waren wir uns nicht so sicher, weil wir dachten, dass es schwierig sein würde, ein Material zu finden, das den rauen und schwierigen Umweltbedingungen des Weltraums standhalten würde. Tatsächlich erwies sich die Wahl nach Prüfung der Eigenschaften von Windform XT 2.0 als einfacher als erwartet: Die Kombination aus Festigkeit und einfacher Anwendung hat uns sofort überzeugt.“

Windform XT 2.0 ist ein Material der neuen Generation, das das vorangegangene Produkt Windform XT in der Familie der Verbundwerkstoffe Windform TOP-LINE ersetzt. Windform XT 2.0 zeichnet sich durch deutliche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften aus, darunter +8 % bei der Bruchlast, +22 % beim Elastizitätsmodul und +46 % bei der Bruchdehnung.

CRP USA hat für Mini-Cubes drei funktionale Prototypen des 1P PocketQube hergestellt: zwei für Tests und einen für den Flug in die Umlaufbahn.

Das Lasersinterverfahren in Kombination mit dem kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoff Windform XT 2.0, erwies sich als die beste Wahl: alle drei 1P PocketQube haben erfolgreich die Tests bestanden und die Standards von Mini-Cubes vollständig erfüllt.