3D-Druck in Schwerelosigkeit – BAM und TU Clausthal testen Pulver-3D-Drucker bei Parabelflug

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat zusammen mit der TU Clausthal und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) Experimente zu pulverbasierter Additiver Fertigung in annähernder Schwerelosigkeit durchgeführt. 

Im Rahmen des Projekts “Pulverbasierte Additive Fertigung unter Schwerelosigkeit” unter der Leitung von Professor Dr. Jens Günster vom Fachbereich Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe an der TU Clausthal wurde das Binder Jetting 3D-Druckverfahren während eines Parabelflugs der DLR getestet. Bei dem Verfahren wird Pulver mittels eines flüssigen Bindemittels Schicht für Schicht verklebt. Innovativ an dem Prozess für den Drucktest in Schwerelosigkeit ist allerdings, dass das Prozessgas – in diesem Fall Luft – durch die Pulverschichten angesaugt wird um so eine Stabilisierung des Pulverbetts ohne Gravitation zu ermöglichen.

Dieses Verfahren, genannt gasflussunterstützte Pulverdeposition, wurde von der BAM und TU Clausthal teilweise bereits international patentiert. Neben dem Weltraum ist diese Methode auch für die Additive Fertigung auf der Erde interessant, da es im Vergleich zu konventionellen Schichtauftragsverfahren zu einer höheren Packungsdichte der Pulverpartikel sowie einem verbesserten Schichtauftrag für feinere, nicht fließfähige Pulver führt.

Professor Jens Günster erklärt wie sich das Team auf den Test im Parabelflug vorbereitet hat und welche Anforderungen es zu erfüllen galt:

“Für das Experiment wurde eine Anlage gebaut, die einerseits die gasflussunterstützte Pulverdeposition als Prozess abbilden kann, andererseits auch den extremen Sicherheitsanforderungen im Flugzeug und während des Parabelflugs gerecht wird. So ist z.B. eine sehr hohe mechanische Stabilität, die dem neunfachen der Erdbeschleunigung standhält, gefordert. Es darf auch in keinem Falle Pulver aus der Anlage austreten, so dass der Schichtauftragprozess in einer hermetisch dichten doppelten Einhausung stattfinden muss. Das Abheben des Pulvers und der defektfreie Schichtauftrag werden durch eine Gasströmung durch das Pulver, hin zur Bauplattform sichergestellt.”

Nach vier Testtagen konnte das Forscherteam zufriedenstellende Ergebnisse verzeichnen: Der Prozess zum Pulverautragen wurde an den ersten drei Tagen weitgehend optimiert, sodass am vierten Tag der Parabelflüge mit dem Airbus A310 erste Objekte gedruckt werden konnten – darunter auch der 3D-Schriftzug der BAM und drei kleine Flugzeugmodelle.

Zukünftig plant Professor Günster den Einsatz und Tests mit weiteren Werkstoffen für das Verfahren.