Beim 31. Parabelflug des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) war es soweit: Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) testete zusammen mit der TU Clausthal und dem DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig ihr innovatives additives Fertigungsverfahren in Schwerelosigkeit.
Drucker statt Werkzeugkoffer
„Additive Fertigungsverfahren sind die Zukunft der nachhaltigen Produktion“, so Prof. 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 Bauteilen mit an Bord genommen werden müssen.“
„Ready-to-use“-Bauteil
Im aktuellen Experiment wurden 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 potenziell brennbar oder explosiv ist. Die Forschungsgruppe hat daher ein neues Verfahren entwickelt, das das Verarbeiten metallischer Pulver unter einer Schutzgasatmosphäre erlaubt.
Gasstrom saugt Partikel an
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.
Potenzial des Verfahrens zeigen
„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. 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.“
International patentiert
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.
