Erforschung von AM im Weltraum: Einblicke von Experten im Additive Snack Podcast

5. September 2024 | Lesezeit: 10 min

In dieser Folge des Additive Snack Podcasts nehmen Gastgeber Fabian Alefeld und seine Gäste Sie mit auf eine Reise, die noch kein Mensch zuvor unternommen hat - eine faszinierende Diskussion mit einigen der hellsten Köpfe in der additiven Fertigung (AM) und der Weltraumforschung.

Ihm zur Seite standen... 

Paul Gradl, leitender Ingenieur bei der NASA
Eliana Fu, Industriemanagerin für Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik bei TRUMPF
Myles Keefer, Leiter der Additiven Fertigung bei Rocket Lab.
● Advenit Makaya, Ingenieur für fortschrittliche Fertigung am Europäischen Zentrum für Weltraumforschung und -technologie der Europäischen Weltraumorganisation

Der aktuelle Stand und die Erfolge von AM im Weltraum
Myles Keefer eröffnete den Dialog, indem er einen Überblick über den aktuellen Stand des industriellen 3D-Drucks in der Raumfahrt gab. Keefer betonte, wie wichtig AM für die Raumfahrtindustrie ist, insbesondere durch Technologien wie Laser-Pulverbettfusion und gerichtete Energieabscheidung (DED).

Diese Technologien beschleunigen den iterativen Prozess und ermöglichen es den Unternehmen, schnell Prototypen zu erstellen und Komponenten zu testen - eine Notwendigkeit angesichts der hohen Risiken und Kosten der Weltraumforschung. Keefer wies auch darauf hin, dass die Verlagerung der Industrie in Richtung Teilekonsolidierung und geometrische Freiheit das unübertroffene Potenzial von AM bei der Reduzierung der Komplexität der Lieferkette verdeutlicht.

Eliana Fu ging noch weiter und brachte ihre umfangreichen Erfahrungen aus verschiedenen Raumfahrtorganisationen ein. Sie hob hervor, wie kleine Teile wie Satellitentriebwerke und komplexe Strukturen wie Triebwerksteile heute routinemäßig mit laserbasierten Verfahren hergestellt werden.

Große Strukturen, die nicht in herkömmliche Pulverbettmaschinen passen, werden jetzt mit Techniken wie der additiven Fertigung mit Drahtbogen (WAAM) und DED angegangen.

Fortschritte bei AM-Materialien
Ein großer Teil der Folge befasste sich mit der Website Innovationen für Materialien für AM. 

Paul Gradl zeigte sich begeistert von den neuartigen Materialien, die speziell für AM entwickelt wurden und über die traditionellen Materialien wie Aluminium und Titan hinausgehen. Er hob die Verwendung von speziell entwickelten Werkstoffen wie GRX-810 und NASA-HR-1 durch die NASA hervor, die in extremen Umgebungen hervorragende Leistungen erbringen. Diese Materialien, die für hohe Drücke, Temperaturen und schwierige chemische Umgebungen ausgelegt sind, sind für die Zukunft der Weltraummissionen von entscheidender Bedeutung.

Eliana Fu ergänzte dies, indem sie veranschaulichte, wie historische Herausforderungen mit Materialien wie C103, die traditionell teuer und schwer zu verarbeiten waren, nun durch AM gelöst werden. Außerdem sind hochfeste Aluminiumvarianten und Gamma-Titanaluminide jetzt druckbar, was neue Möglichkeiten für Design und Anwendung eröffnet.

Advenit Makaya sprach über die europäische Perspektive und darüber, wie Europa im Bereich der AM-Innovation aufholt. Er wies darauf hin, dass die laufende Entwicklung der integrierten computergestützten Werkstofftechnik (ICME) und der Werkzeuge für maschinelles Lernen beispiellose Möglichkeiten für die Materialwissenschaft bietet, die die Schaffung völlig neuer Legierungen ermöglichen, die auf die spezifischen Anforderungen der Weltraumforschung zugeschnitten sind.

Herausforderungen und Aussichten bei AM für die Raumfahrt
Trotz der Fortschritte steht die Branche noch vor großen Herausforderungen. Paul Gradl zufolge sind die Nachbearbeitungsschritte nach wie vor ein Engpass. Die Herstellung von Teilen mag zwar schnell gehen, aber nachfolgende Prozesse wie die Entpuderung, die Funkenerosion (EDM) und die Wärmebehandlung können den gesamten Fertigungszyklus verzögern. Hier braucht die Branche weitere Innovationen und Effizienzsteigerungen.

Darüber hinaus ist es von entscheidender Bedeutung, die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser neu entwickelten Teile zu gewährleisten. Gradl betonte, wie wichtig es ist, den AM-Prozess genau zu verstehen, von thermischen Simulationen bis hin zu Sensitivitätsanalysen, um sicherzustellen, dass die Teile sowohl hochwertig als auch sicher sind. Dieses Verständnis ist notwendig, um das Vertrauen der Interessengruppen zu stärken, die sich bei kritischen Bauteilen möglicherweise noch auf die traditionelle Fertigung verlassen.

Myles Keefer ging auf die Aussichten der Branche aus der Sicht der Hersteller ein. Bei Rocket Lab liegt der Schwerpunkt auf der Maximierung der Maschinenauslastung, um die beschleunigten Starttermine einzuhalten. Keefer betonte die Notwendigkeit eines Gleichgewichts zwischen iterativer Entwicklung und effizienter Produktion, um mit der schnell wachsenden Raumfahrtindustrie Schritt zu halten.

Gemeinsame Anstrengungen und Aufbau eines Ökosystems
In der Diskussion wurde auch die Bedeutung der Zusammenarbeit innerhalb der AM-Gemeinschaft hervorgehoben. Die Experten waren sich einig, dass ein kooperativer Ansatz die Standardisierung und den Austausch bewährter Verfahren fördern könnte. Paul Gradl merkte an, dass die additive Gemeinschaft im Vergleich zu anderen Sektoren eine einzigartige Zusammenarbeit aufweist. Konferenzen und Workshops sind wichtige Berührungspunkte, auf denen Branchenführer und Forscher Ideen und Lösungen austauschen können.

Eliana Fu lobte die kollaborativen Ausschüsse wie ASTM F42 und SAE, die an der Schaffung standardisierter Prozesse für AM arbeiten, wie sie auch für traditionelle Materialien verfügbar sind. Diese Bemühungen sind von entscheidender Bedeutung, um AM zu einem Mainstream-Herstellungsverfahren zu machen, dem man bei kritischen Anwendungen vertrauen kann.

Die nächste Generation inspirieren
Kein Gespräch über die Zukunft einer Branche ist vollständig, ohne die Themen Bildung und Öffentlichkeitsarbeit anzusprechen. Paul Gradl hob das Engagement der NASA hervor, die nächste Generation von Ingenieuren und Wissenschaftlern durch Bildungsprogramme und praktische Erfahrungen zu inspirieren. Die Einbindung von Schülern von der Grundschule bis zur Universität in AM-bezogene Projekte kann den Weg für die Zukunft ebnen Innovationen und für qualifizierte Arbeitskräfte sorgen, die bereit sind, die Herausforderungen von morgen zu meistern.

Schlussfolgerung
Die Episode über AM in der Raumfahrt ist ein Beweis für die unglaubliche Reise, die die Technologie unternommen hat, und für ihr zukünftiges Potenzial. Von der Materialinnovation über die Prozessoptimierung bis hin zur Zusammenarbeit steht der Bereich AM in der Raumfahrt vor einem bedeutenden Wachstum und Durchbrüchen. Durch die Förderung der Ausbildung und die Aufrechterhaltung eines kollaborativen Geistes kann die Industrie bestehende Herausforderungen überwinden und die Grenzen des Möglichen weiter verschieben.

Um diese Erkenntnisse zu vertiefen, sollten Sie sich die vollständige Folge des Additive Snack Podcasts anhören. Bleiben Sie dran für weitere spannende Diskussionen mit Branchenführern, die die Zukunft von AM und Weltraumforschung gestalten.

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