Studenten setzen mit Metall-3D-Druck neue Maßstäbe in der Raketentechnik

Das aufstrebende Feld des 3D-Drucks hat in vielen Branchen revolutionäre Veränderungen bewirkt. Im Bereich der Raumfahrt ist diese Technologie nicht nur ein Trend, sondern auch eine Notwendigkeit. Zwei junge Ingenieure der Colorado University, Zachary Lesan und Patrick Watson, haben dies erkannt und eindrucksvoll demonstriert.

Die Geschichte beginnt mit Lesan, der während seines Juniorjahres an der Universität ein Interesse für Raketenantriebe entwickelte. Trotz skeptischer Professoren und begrenzter Ressourcen folgte er seiner Passion.

“Ich habe dieses Projekt begonnen, weil ich Raketen und Turbomaschinen liebe”, sagt Lesan. “Ich wusste, wie Feststoffraketenmotoren funktionieren und habe sie in der Vergangenheit in der High School entworfen. Aber Raketen mit Flüssigkeitsantrieb haben meine Fantasie geweckt. Ich wollte unbedingt alle Details verstehen.”

Das übergeordnete Ziel war klar: die Entwicklung einer Raketenkomponente, die in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt werden kann. Dies würde nicht nur Material und Gewicht sparen, sondern auch die Produktionsgeschwindigkeit drastisch erhöhen. Ein weiterer Vorteil dieses Ansatzes ist die Eliminierung potenzieller Fehlerquellen, die bei traditionellen Verbindungsmethoden auftreten können.

Branchenunterstützung als Schlüssel zum Erfolg

Was dieses Projekt jedoch besonders herausragend macht, ist die beeindruckende Unterstützung aus der Industrie. Unternehmen wie Velo3D, ein Anbieter von Metalldrucklösungen, wurden schon früh von dem Duo kontaktiert und fragten ihre Expertise und Ressourcen an. Durch diese Partnerschaften erhielten die beiden Studenten Zugang zu Spitzentechnologien und konnten ihr Design in der realen Welt testen.

Diese Online-Anfrage führte zu einem Gespräch mit Zach Murphree, VP of Global Sales and Business Development von Velo3D, und Gene Miller, Director of Technical Sales. Beide ermutigten Lesan und boten die Technologie und Dienstleistungen des Unternehmens für das Projekt an.

“Zach und Gene waren von dem Projekt begeistert”, so Lesan. “Und ihre Begeisterung hat mich noch mehr motiviert. Die Konstruktionsmöglichkeiten der Velo3D-Drucker und ihre persönliche Ermutigung haben mich letztlich dazu gebracht, den gesamten Konstruktionsprozess der Turbopumpe zu durchlaufen.”

Nach Lesans Anruf bei Velo3D kam es zu einem weiteren Durchbruch. Während der Neugestaltung der Turbopumpe traf Lesan am CU Sounding Rocket Laboratory (CUSRL) seinen zukünftigen Mitkonstrukteur Patrick Watson. Dort entdeckten sie ein gemeinsames Interesse an Turbomaschinen – und das gemeinsame Abenteuer begann.

“Zach [Lesan] zeigte mir seine technische Präsentation, und ich war überwältigt davon, wie technisch fortgeschritten sie war”, sagte Watson. “Zach ist wie ein Moloch. Diese Energie hat mich in das Projekt hineingezogen und ich hatte das Gefühl, dass wir zu diesem Zeitpunkt alles erreichen konnten.”

“Viele Unternehmen gießen ihre Teile”, sagt Watson. “Der wirklich große Durchbruch bei Turbomaschinen für die Raumfahrt oder den Energiesektor ist der 3D-Metalldruck, vor allem das Laser Powder Bed Fusion (LBPF). Wir können jetzt die gewünschten Leistungsgeometrien drucken, die Designs iterieren, die benötigten Oberflächen erhalten und die Bearbeitung gezielter einsetzen. Der 3D-Druck von Metall macht unser Projekt möglich. Zach und ich haben unsere Praktikantengehälter verwendet, um zu finanzieren, was nicht gespendet oder verbilligt wurde. Stellen Sie sich vor, wir würden Zehntausende von Dollar für die Bearbeitung herkömmlicher Teile oder das Entfernen von Stützstrukturen ausgeben.”

Lesan und Watsons schneller Weg zur Raketenentwicklung wurde von vielen unterstützt, die ihre Leidenschaft für den Weltraum teilen. Aus dem Bolder Aerospace-Programm der CU waren dies Professor John Farnsworth sowie Cameron Micksch und Paul Wingrove aus dem Bearbeitungslabor der Universität.

“Das Ausmaß der Zusammenarbeit mit der Industrie, das Zach und Patrick geschaffen haben, ist wirklich beeindruckend”, sagte Sid Raje, Velo3D Business Development Account Manager. “Sie haben darauf aufgebaut, wohin sich die Industrie mit Flüssigsauerstoff- und Methanantrieb bewegt, aber das Ausmaß ihres Einsatzes von Advanced AM für die Konsolidierung von Teilen und anspruchsvollen Geometrien, Oberflächen und Überhängen sticht wirklich hervor. Die Senkung der Nachbearbeitungskosten und die Verbesserung der Systemzuverlässigkeit sind eine Lektion, die sie und andere weitergeben werden”.

Die Fortschritte, die Lesan und Watson erzielt haben, sind bemerkenswert und könnten wegweisend für die Zukunft der Raketentechnik sein. Während Lesan sich nun dem Militärdienst widmet, schließt Watson sein Studium ab und wird bald seine berufliche Laufbahn in der Raumfahrtindustrie beginnen.

Insgesamt zeigt diese Geschichte eindrucksvoll das Potenzial von 3D-Drucktechnologien in der Raumfahrt und wie junge, motivierte Ingenieure mit der richtigen Unterstützung die Grenzen des technisch Möglichen verschieben können.