3D-Druck-Objekte mit eingebetteter Elektronik für Raum- & Luftfahrt

Im Rahmen eines dreijährigen Projekts forschte und testete das COSMIAC Research Center nun in 3D-Drucksysteme eingebettete Elektronik. Ziel des Experiments ist der 3D-Druck von Komponenten mit eingebauter Elektronik aus diversen Materialien für die Raum- & Luftfahrt.

Durch eine Förderung von $ 450.000 ist es den Forscher bereits gelungen einige ihrer Ziele zu erreichen. Zu diesen erreichten Zielen zählen unter anderem die Herstellung eines einfachen Prototypen mit Hybridmaterialien oder auch 3D-Druck von eingebetteten Chips und Verkabelung.

Im Rahmen des Experiments wurde bereits eine Leiterplatte mit eingebetteter Elektronik 3D-gedruckt und in weiterer Folge getestet. Das Haupt-Ziel dieses Projekt ist der 3D-Druck von Teilen mit eingebetteter Elektronik für die Raum- & Luftfahrt. Im Laufe der Experimente sollen unterschiedliche Materialien 3D-gedruckt und unter Weltraumbedingungen getestet werden, um basierend auf diversen Faktoren bestimmen zu können, welche Materialien das größte Potenzial für einen Weltraumflug aufweisen.

“Ein Beispiel für diese Art von Experiment könnte ein Soldatenhelm sein bei dem die Elektronik, welche [die] Gesundheit und [den] Standort überwacht, in das Material, aus dem der Helm hergestellt wird, eingebettet ist.” erklären die Forscher. “Der Designer könnte viel von dem traditionellen Spinnennetz der Verdrahtung reduzieren oder eliminieren. Wenn bei herkömmlichen Satellitendesign irgendeine der Leitungen gecrimpt oder gebrochen ist, wird der Satellit außer Betrieb gesetzt. Es gibt keine Redundanz im Flug. Eine viel zuverlässigere Lösung wäre ein Satellit, bei dem die gesamte Verkabelung in die tragenden Wände eingebettet ist, wo sie nicht zugänglich oder beschädigt sind. Es sollte möglich sein, die Module an eine eingebettete Rückwandplatine anzuschließen.”

Um unter anderem die elektromagnetischen sowie auch andere Eigenschaften der 3D-Druck-Objekte zu testen, entwickelten die Forscher diverse Experimente. Bei diesen kamen drei verschiedene 3D-Drucker, genauer gesagt der 3D Systems ProJet 3500 3D-Drucker, ein Stratasys uPrint sowie ein MakerBot, zum Einsatz. Um die Fähigkeiten schlussendlich zu testen, stellten die Forscher einen CubeSat aus vollständig 3D-gedrucken Komponenten her.

“Dieser Prozess war eine hervorragende Gelegenheit für die Studenten, zu sehen, wie man einen Satellitenkörper druckt und dann die Komponenten zur Durchführung von Passformprüfungen an den Modulen und dem damit verbundenen Loch- und Fadenabstand verwenden kann”, so die Forscher weiter. “Der gezeigte Satellit wurde dann verwendet, um Messungen durchzuführen, um zu bestimmen, wie lange Kabel für den echten Satelliten hergestellt werden müssen.”

Die benötigten Leiterplatten wurden aus sechzehn diversen Materialien 3D-gedruckt und in weiterer Folge mehreren Tests unterzogen. Während FDM-Materialien eine große Veränderungen in der Feuchtigkeit zeigten, war die nicht bei SLA-Materialien der Fall, was die Forscher zu dem Schluss brachte, dass sich diese SLA-Objekte ideal für Weltraumanwendungen eignen.

“Das Team erreichte die ursprünglichen Ziele und ging in andere Untersuchungsbereiche, die für die Raumfahrt von Interesse waren, da immer mehr Raumfahrtaktivitäten 3D-Druck für die Satellitenentwicklung nutzen wollen”, erklären die Forscher. “Das Ergebnis ist, dass in den Bereichen 3D-Druck für den Weltraum ausgezeichnete Fortschritte erzielt wurden, aber dass die Fähigkeit, für zukünftige Anwendungen von Nanosatelliten platzqualifizierte und wiederholbare Systeme zu drucken, wahrscheinlich noch ein Jahrzehnt in der Zukunft ist.”