Quelle: BAM.

2. März 2022 – Zusammen mit der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt) und der DHM Prüfsysteme hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in der 38. Parabelflugkampagne des DLR im Februar 2022 ein verbessertes Design für das Drucken in Schwerelosigkeit getestet und daraus neue Erkenntnisse abgeleitet.

„LSDzero – Pulverbasierte additive Fertigung unter reduzierten Schwerkraftbedingungen“ so heißt das Forschungsvorhaben, bei dem ein Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut wird. Voraussetzungen dafür sind ein fließfähiges Pulver sowie ein virtuelles 3D-Modell des gewünschten Bauteils. Nach dem Schichtauftrag wird beim Selektiven Laserschmelzen (LPBF) die Geometrie aus dem virtuellen 3D-Modell mittels Laser in die einzelne Schicht übertragen. Ein zentraler Aspekt ist dabei die Homogenität der Schichten: Bilden sich z. B. Poren im Bauteil, hat das unmittelbare Auswirkungen auf die Qualität und Stabilität. Eine zusätzliche Herausforderung für die Anwendung in der Raumfahrt sind die verschiedenen Gravitationsverhältnisse. In vergangenen Experimenten konnte das Forschungsteam nachweisen, dass ein Gasstrom, der durch das Pulver hindurchgeleitet wird, die Gravitation ersetzen kann.

Bei der Kampagne im Februar haben die Wissenschaftler*innen jetzt den Schichtauftragsmechanismus noch einmal optimiert: Die Depositionseinheit, mit der das Pulver zu einer homogenen Schicht aufgetragen wird, bestand bislang aus einem einzigen Pulverbehälter – was eine ungleichmäßige Verteilung des Pulvers im Behälter während der Schwerelosigkeit zur Folge hatte. Getestet wurde nun ein neues Pulverreservoir mit Wabenstruktur, die zudem mechanisch angeregt wurde. Durch dieses Design wird die Agglomeration des Pulvers auf die einzelnen Zellen beschränkt und die Pulverpartikel werden durch die Vibration homogen in den einzelnen Zellen verteilt. Die Auswertungen der aktuellen Experimente zeigen, dass das neue Design tatsächlich die Schichtqualität verbessert und damit insgesamt die Qualität der Bauteile erhöht.

Die detaillierten Ergebnisse der Entwicklung der Pulverdeposition werden im März auf der International Conference on Advanced Manufacturing for Air, Space and Land Transportation (ICAM22) vorgestellt. Die Konferenz, die von der europäischen Raumfahrtorganisation ESA und der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA co-organisiert wird, bringt erstmalig internationale Kompetenzen im Bereich fortgeschrittene Produktionstechnologien (z.B. Material und Prozesse) und Raumfahrt zusammen.

Zur Bündelung von Kompetenzen im Bereich 3D-Druck für Luft- und Raumfahrtanwendungen unterstützt die BAM zudem die Bildung des Netzwerks Aero+Space des Vereins Mobility goes Additive (MGA). Schirmherrin der Working Group Aero+Space ist die Technische Universität Berlin. Die Working Group verbindet Industrie und Forschungsgruppen, um gegenseitige Anforderungen zu definieren und gemeinsame Projekte z.B. im Bereich Materialien, Prozesse oder auch Qualifizierung und Standards, durchzuführen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• 3D-Drucker in der Raumfahrt

Der Beitrag 3D-Druck: Parabelflug-Experimente liefern neue Erkenntnisse zur Bauteil-Qualität erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TU Clausthal.

6. Juli 2021 – Für Professor Jens Günster war es schon ein bekanntes Szenario: als der Flug im Airbus A310 zwischen 7600 und 8500 Höhenmetern plötzlich für mehr als 20 Sekunden in die Schwerelosigkeit überging. Wie bereits in den Jahren 2017 und 2018 nahm der Materialwissenschaftler, der an der TU Clausthal sowie an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) tätig ist, auch in 2021 an einer Parabelflug-Kampagne teil. Das Programm – in diesem Jahr von der Europäischen Raumfahrt Agentur ESA vom Flughafen Paderborn-Lippstadt aus durchgeführt – ermöglicht es der Wissenschaft, Experimente unter Bedingungen vorzunehmen, die der Schwerelosigkeit gleichkommen.

Die aktuellen Flüge fanden in der vergangenen Woche statt. Im Rahmen eines innovativen Forschungsprojektes mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt setzte Professor Günster dabei eine Versuchsreihe zum Thema additive Fertigungsverfahren bzw. 3D-Druck in der Schwerelosigkeit fort. Mit an Bord war nicht nur wieder ein Drucker, der von der Clausthaler Firma DHM Prüfsysteme hergestellt wurde. Mit an Bord war dieses Mal auch der Inhaber des Unternehmens, Dr. Harald Müller, ein Alumnus der TU Clausthal.

In einem Labor der Universität hatte das Team die Experimente vorbereitet. Später in der Erdatmosphäre wurden Drucker, Software und Druckprozess dann unter den Anziehungskraft-Bedingungen von Mond und Mars getestet. Diese Gravitationen werden durch bestimmte Flugmanöver (siehe Grafik) erreicht. So kann die Marsgravitation für rund 30 Sekunden simuliert werden. Unter Bedingungen wie im Weltall haben die Clausthaler beispielsweise erfolgreich getestet, wie sich ein Schraubenschlüssel per 3D-Druck herstellen lässt. Die Ergebnisse der Experimente können Astronauten bei zukünftigen Weltraumissionen helfen, wenn sie Ersatzteile herstellen müssen.

Das Flugzeug für die Parabelflüge war die einstige „Konrad Adenauer“ aus der Flugbereitschaft des Bundes. Nach dem Umbau bietet der Airbus Platz für zehn bis dreizehn verschiedene Experimente und deren Teams. Daneben sei geschultes Personal an Bord, das die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler absichere, erläuterte Günster. „Teilweise lasten bei den Manövern bis zu 2 g auf uns“, so der Clausthaler, den auch Mitarbeiter der BAM begleiteten. Bei den jeweils sechs Stunden andauernden Flügen werden bis zu 31 Parabelmanöver absolviert. Dieses Programm wird an mehreren Tagen wiederholt, so dass es für die Beteiligten mit einer großen körperlichen Belastung einhergeht. Nach dem Abschluss der Flüge waren sich die Clausthaler und BAM-Mitarbeiter einig: „Die Parabelflüge sind eine überragende Erfahrung. Die Experimente und das Erlebnis lassen die körperlichen Strapazen schnell vergessen.“

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Parabelflüge

Der Beitrag Erneut Experimente bei Parabelflügen durchgeführt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.