3D-Drucks von Metallkomponenten in Mikrogravitation

Der 3D-Druck in der Mikrogravitation stößt bei Wissenschaftlern und Luft- und Raumfahrtingenieuren auf wachsendes Interesse – und insbesondere, da diese Aktivitäten auf der Internationalen Raumstation zunehmen. Deutsche und französische Forscher beschäftigen sich mit dem Thema Drucken in der Schwerelosigkeit in der kürzlich veröffentlichten Ausgabe „Enabling the 3D Printing of Metal Components in µ‐Gravity“. Das Forscherteam befasst sich mit der Entwicklung von Strategien für das Arbeiten und Leben im Weltraum und untersucht die möglichen Herausforderungen von additive Fertigung in Metall – mit geringer Schwerkraft.

Während die Menschheit bemannte Missionen zum Mars in Betracht zieht, müssen Strategien für den Entwurf und den Betrieb gastfreundlicher Umgebungen entwickelt werden, um jahrelang sicher im Weltraum arbeiten zu können. Die Lieferung von Ersatzteilen für die Reparatur und den Austausch verlorener Ausrüstung wird ein wesentlicher Bedarf sein, aber die Fertigung im Weltraum bleibt die einzige Option für eine rechtzeitige Lieferung. Aufgrund der hohen Flexibilität im Design und der Möglichkeit, einsatzbereite Komponenten direkt von einem computergestützten Modell aus herzustellen, erscheinen AM-Technologien (Additive Manufacturing) äußerst attraktiv.

Für die Herstellung von Metallteilen ist das Laserstrahlschmelzen das am weitesten verbreitete AM-Verfahren. Der Umgang mit Metallpulvern ohne Schwerkraft ist jedoch eine Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz im Weltraum. Ein Gasstrom durch das Pulverbett wird erfolgreich angewendet, um fehlende Gravitationskräfte in Mikrogravitationsexperimenten zu kompensieren. Diese sogenannte gasflussunterstützte Pulverabscheidung basiert auf einer porösen Bauplattform, die als Filter für die Fixierung von Metallpartikeln in einem Gasstrom dient, der durch eine Druckdifferenz angetrieben wird, die von einer Vakuumpumpe aufrechterhalten wird.

Ein Metallpulver aus rostfreiem Stahl wurde im LBM-Verfahren unter Mikrogravitationsbedingungen (µ‐g) in einer Parabelflugkampagne erfolgreich verarbeitet. In dieser Studie, dem weltweit ersten Metallwerkzeug, wurde ein 12-mm-Schraubenschlüssel von LBM unter µ‐g-Bedingungen hergestellt.