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Metallisches Pulver zur Additiven Fertigung

Astronauten stellen Ersatzteile im All her

| Redakteur: Marc Platthaus

BAM, TU Clausthal und das DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig testen 3D-Druck in der Schwerelosigkeit. Erstmals wird mit metallischen Pulvern experimentiert.
BAM, TU Clausthal und das 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)

Die Additive Fertigung setzt sich in immer mehr Industrieanwendungen durch. Das sie auch bei sehr speziellen Thematiken eingesetzt werden kann, zeigt jetzt ein Projekt der Bundesanstalt für Materialforschung, der TU Clausthal und dem DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik. Die Partner wollen 3D-Druck in der Schwerlosigkeit testen. Ziel ist es, für zukünftige Weltraummissionen Ersatzteile und Werkzeuge im All direkt zu produzieren.

Berlin – Die Bundesanstalt für Materialforschung will erstmals Werkzeug per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit herstellen. Zusammen mit der Technischen Universität (TU) Clausthal und dem DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig testete die BAM bei der 31. Parabelflugkampagne des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) vom 6. bis 8. März 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 Bundesanstalt für Materialforschung. „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.“

Metallisches Pulver als Werkstoff

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.

Im August 2017 bereits erste Tests durchgeführt

„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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