Projekt

3D Printing for Low-Cost Space Components

Maximale Sicherheit, hohe Leistung, lange Lebensdauer –

das sind wichtige Anforderungen, die Raumfahrtantriebe erfüllen müssen. Derzeitigen Antriebstechnologien gelingt dies bereits. Doch wie sieht es mit der Kostenreduktion und Wiederverwendbarkeit aus? Das sind bedeutende Kriterien, um wettbewerbsfähig zu sein.

3D Printing for Low-Cost Space Components (3D-LoCoS)

 

Laufzeit

01.01.2019 – 31.12.2021

Anwendungsgebiet

  • Wiederverwendbarkeit von Trägersystemen
  • Übergang von teurer Einzelfertigung zur kosteneffizienten Massenherstellung von Satellitenkonstellationen
  • Einsatz disruptiver Technologien wie der additiven Fertigung

Budget

2,7 Millionen Euro

Diese Parameter haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Projekt „3D-LoCoS – 3D Printing for Low-Cost Space Components“ im Blick. Schwerpunkt ist die Weiterentwicklung und Anwendung der metallischen additiven Fertigung, also von 3D-Druck-Verfahren. Damit können Technologiedemonstratoren für Raumfahrtkomponenten kostengünstiger und schneller hergestellt werden.

Neues Fertigungsverfahren auf dem Prüfstand P8

Bei Heißlauftests am Forschungs- und Technologieprüfstand P8 in Lampoldshausen hat sich gezeigt, dass sowohl die Konstruktion als auch das Fertigungsverfahren der im 3D-Druck hergestellten Brennkammer mit 25 Kilonewton Schub erfolgreich waren. „Mit sechs Heißlauftests konnten wir zeigen, welch großes Potenzial die neue Bau- und Funktionsweise der im 3D-Druck gefertigten Brennkammer mit sich bringt“, sagt Dmitry Suslov. „Jetzt möchten wir diese Technologie zügig in die industrielle Anwendung bringen. Die Testreihe hat bewiesen, dass die additive Fertigung einen breiten Spielraum für das Design und die Konstruktion der Triebwerkskomponenten bietet.“ Auch innovative Designmethoden auf Basis von künstlicher Intelligenz (KI) sind während des gesamten Projektes zum Einsatz gekommen – von der Auslegung der Brennkammer bis zum Test auf dem Prüfstand.

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Video: Test der 3D-gedruckten Brennkammer mit der Treibstoffkombination aus Flüssigsauerstoff und -methan
Die Brennkammer wird durch das durchströmende Methan zunächst vorgekühlt. Dadurch kondensiert Luftfeuchtigkeit und es bildet sich Eis auf der Brennkammer. Die Kühlung beginnt im Düsenhals und geht stromaufwärts zum Einspritzkopf. Bei Zündung der Brennkammer wird Wärme ins Kühlmedium transferiert und das Eis schmilzt und verdampft.
Bild: 1/2, Credit:
Einblick in den Entwicklungsprozess der 3D-gedruckten Brennkammer
Bevor die 3D-gedruckte Brennkammer in einem Stück bei einem Industrieunternehmen gefertigt werden kann, werden in DLR-Labordruckern kleinere Versionen (hier im Bild) bis zu 30 Zentimeter Größe entwickelt und geprüft. Die Fertigung der finalen Brennkammer in einem Stück dauerte zweieinhalb Wochen.
Bild: 2/2, Credit:

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Beteiligte Institute & Einrichtungen des DLR

Institut für Werkstoff-Forschung

Der Schwerpunkt des Instituts für Werkstoff-Forschung liegt in der Entwicklung neuer Werkstofflösungen und ihrer Prozesstechniken für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Energie und im Automobilsektor.

Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie

Hochleistungsleichtbaustrukturen für die Luft-­ und Raumfahrt, den Fahrzeugbau und die Energietechnik sind der Schwerpunkt der Forschung des Instituts für Bauweisen und Strukturtechnologie.

Institut für Softwaretechnologie

Das Institut für Softwaretechnologie erforscht neue Software-Technologien und nutzt sie zur Entwicklung anspruchsvoller Softwarelösungen für Anwendungen im DLR.

Forschungs- und Testinfrastruktur

Forschungs- und Testinfrastruktur

Forschungs- und Technologieprüfstand P8

Der Forschungs- und Technologieprüfstand P8 ermöglicht die Erprobung und Entwicklung von einzelnen Triebwerkskomponenten bis hin zu gesamten Antriebssystemen mit einer großen Bandbreite an verfügbaren Medien.