Wie die CSA den 3D-Druck für sich nutzt

Die Entwicklung von Funktionsteilen für Anwendungen im Weltraum ist aus mehreren Gründen eine Herausforderung. Aus der Sicht der Fertigung sind die Ingenieure mit einzigartigen Konstruktionseinschränkungen und engen Fristen konfrontiert, um die spezifischen Startfenster einzuhalten. Eine neue Fallstudie zeigt, wie die kanadische Raumfahrtbehörde die Prozesseffizienz steigerte und Kosten und Zeit für die Entwicklung flugfertiger Teile mit additiver Fertigung reduzierte.

Das Unternehmen

Die Canadian Space Agency (CSA) wurde 1990 gegründet und ist die nationale Raumfahrtbehörde Kanadas. Zu den wichtigsten Beiträgen der CSA gehören das James-Webb-Weltraumteleskop, Canadarm2, Dextre und das Mobile Base System auf der Internationalen Raumstation (ISS). Heute unterstützt die Agentur Innovation, Wissenschaft und wirtschaftliche Entwicklung durch Investitionen in Raumfahrttechnologien.

Die Herausforderung

Die CSA stand vor der Aufgabe, eine flugtaugliche Komponente für die ISS zu entwickeln. Das Ingenieurteam stellte fest, dass herkömmliche Fertigungsmethoden wie CNC und Spritzguss die Kosten für die Prototypenherstellung erheblich erhöhen und die Entwicklung von Endverbrauchsteilen verzögern würden. Darüber hinaus war die Materialauswahl für diese Anwendung entscheidend, um die Einhaltung der NASA-Normen für Ausgasungen zu gewährleisten. Dies war eine der wichtigsten Designüberlegungen, um sicherzustellen, dass die Teile im Weltraum die erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllen.

Die Lösung

Die additive Fertigung ermöglichte ein iteratives Design durch schnelles Inhouse-Prototyping, bei dem die Implementierung kleiner Änderungen an jedem Design rationalisiert wurde. Im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung, die mehrere Wochen und mehrere Produktionsschritte dauern kann, benötigte der 3D-Druck auf der AON M2 nur 16 Stunden für die Herstellung des endgültigen Teils.

Anwendung & Drucke

ULTEM 9085, ein Hochleistungsthermoplast, wurde zur Herstellung von Teilen für die ISS verwendet. Gemäß den NASA-Standards für Ausgasungen erfüllt ULTEM die Sicherheitsanforderungen aufgrund des geringen Gesamtmassenverlusts (TML) im Vakuum, der flammhemmenden Eigenschaften und der Ungiftigkeit. Das gedruckte ULTEM wurde vor der Sicherheitsprüfung und dem Start durch die NASA zur mechanischen Prüfung an CSA geschickt.

Das gedruckte Gerät wurde verwendet, um verschiedene Methoden der Blutprobenvorbereitung zu erforschen, um die Leistung der Instrumente im Orbit zu verbessern. Durch das Zentrifugieren des Blutes mit dem 3D-gedruckten Teil wird das Blut in seine Bestandteile zerlegt, was als Blutfraktionierung bezeichnet wird. Mit dieser Technik werden die Bestandteile der Proben von Astronauten analysiert, um neue diagnostische Informationen über die kurz- und langfristigen Gesundheitsaspekte von Menschen im Weltraum zu gewinnen.

Die Zukunft des 3D-Drucks für die Raumfahrt

Das CSA möchte die Vorteile der additiven Fertigung weiter erforschen, indem es internes Fachwissen entwickelt. Der Erfolg ihres ULTEM-Teils hat mehrere Projekte angestoßen, bei denen der 3D-Druck zur Optimierung von Design- und Fertigungsabläufen eingesetzt wird. Die Agentur hat andere Hochtemperaturkunststoffe wie PEEK in Betracht gezogen, ein Material, das den extremen Heiz- und Kühlzyklen im Weltraum standhält. Dieses Material wird für die Entwicklung des terrestrischen Prototyps eines Mond-Rovers im Rahmen des bevorstehenden PEEKbot-Projekts verwendet. Das PEEKbot-Projekt ist ein von der Universität geleitetes und von NSERC-Prima Québec-CREPEC finanziertes Projekt, das auf die Entwicklung einer Rover-Struktur abzielt, die der Mondnacht standhält.

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