BAM, TU Clausthal und DLR wollen Werkzeug in der Schwerelosigkeit fertigen

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

BAM, TU Clausthal und DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig testen 3D-Druck in der Schwerelosigkeit. Erstmals wird mit metallischen Pulvern experimentiert.
BAM, TU Clausthal und DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig testen 3D-Druck in der Schwerelosigkeit. Erstmals wird mit metallischen Pulvern experimentiert. (Bild: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung)

Erstmalig sollen metallische Pulver unter Schwerelosigkeit mittels Laserstrahlung zu einem fertigen „ready-to-use“-Bauteil verschmolzen werden. Ein neues Verfahren soll die Verarbeitung der potentiell brennbar oder explosiven Pulver unter Schutzgasatmosphäre ermöglichen.

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) will erstmals Werkzeug per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit herstellen. Zusammen mit der TU Clausthal und dem DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig testet die BAM bei der 31. Parabelflugkampagne des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ihr additives Fertigungsverfahren in Schwerelosigkeit. Ziel der Experimente ist es, zu zeigen, dass Astronauten auch auf einer Weltraummission Werkzeuge oder Ersatzteile bei Bedarf selbst herstellen können.

„Additive Fertigungsverfahren sind die Zukunft der nachhaltigen Produktion“, so Prof. Dr. Ulrich Panne, Präsident der BAM. „Gerade in der Raumfahrtindustrie wo jedes Kilo zählt, können damit enorme Kosten gespart werden, wenn nur ein Drucker und Pulver anstatt eines ganzen Werkzeugkoffers und Bauteile mit an Bord genommen werden müssen.“

Im aktuellen Experiment werden erstmalig metallische Pulver unter Schwerelosigkeit verwendet. Diese ermöglichen ein vollständiges Verschmelzen des Pulvers mittels Laserstrahlung zu einem fertigen „ready to use“ Bauteil. Die Herausforderung besteht dabei in der Handhabung eines Pulvers, welches potentiell brennbar oder explosiv ist. Die Forschungsgruppe hat daher ein neues Verfahren entwickelt, das das Verarbeiten metallischer Pulver unter einer Schutzgasatmosphäre erlaubt.

Für den Schichtauftrag des Pulvers, der gerade unter Schwerelosigkeit sehr schwierig ist, hat das Konsortium aus BAM, TU Clausthal und DLR Braunschweig eine neue Technologie entwickelt. Um das Pulverbett mit dem eingeschlossenen Bauteil auch ohne Schwerkraft zu stabilisieren, nutzen die Wissenschaftler einen kontinuierlichen Gasstrom, der durch die Pulverschichten gesaugt wird und so die Partikel ansaugt.

„Während unseres ersten Mitflugs bei der 30. DLR-Parabelflugkampagne im August 2017 konnten wir unser Verfahren bereits erfolgreich testen und erste kleine keramische Bauteile in der Schwerelosigkeit herstellen“, erklärt Prof. Dr. Jens Günster, Projektleiter und Leiter des Fachbereiches Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe an der BAM. „Jetzt wollen wir einen Schritt weiter gehen und das Potenzial unseres Verfahrens für die additive Fertigung metallischer Bauteile für Weltraummissionen zeigen.“

Die zum Einsatz kommenden Verfahren im Projekt „Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit” wurden zum Teil bereits international patentiert: Sie gehen auf zwei Patentfamilien zurück, die innerhalb Deutschlands gemeinschaftlich von der BAM und der TU Clausthal und außerhalb Deutschlands von der BAM alleinig anmeldet wurden.

Zum Team von Prof. Dr. Günster, der zugleich als Professor für Hochleistungskeramik an der TU Clausthal tätig ist, zählen neben Dr. Andrea Zocca und den Doktoranden Jörg Lüchtenborg sowie Gunther Mohr aus der BAM auch Thomas Mühler, Doktorand an der TU Clausthal, und Marc Sparenberg, Doktorand am DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig.

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