Additive Fertigung Die Rakete aus dem Drucker

Redakteur: Jürgen Schreier

3D-Drucker – nur eine Modeerscheinung für Bastler und Heimwerker zur Herstellung von mehr oder minder sinnfreiem Schnickschnack? Völlig falsch! US-Raketenhersteller United Launch Alliance (ULA) arbeitet daran, Raketenbauteile kostengünstig mit dem 3D-Drucker herzustellen.

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ULA plant, einsatzfähige Komponenten im 3D-Druck herzustellen.
ULA plant, einsatzfähige Komponenten im 3D-Druck herzustellen.
(Bild: ULA)

ULA stellt Trägerraketen für die NASA, die Air Force und für kommerzielle Satelliten her und ULA sieht im 3D-Druck ein professionelles Werkzeug, das seit mehr als 25 Jahren auf dem Markt ist und zunehmend in Produktionsprozessen Einzug hält. ULA ist ein Spezialist für Anwendungen unter extremen Bedingungen. Die günstigste Variante seiner Raketen kostet rund 165 Mio. US-Dollar. Die Raketen müssen Satelliten im Wert von mehreren Mrd. US-Dollar und einem Gewicht von über 27.000 Tonnen ins Weltall bringen.

ECS-Leitungen aus dem 3D-Drucker

„Dies ist eine der anspruchsvollsten Anwendungen, die es gibt“, so Rich Garrity, VP und General Manager der Vertical Solutions Unit bei Stratasys Ltd., Hersteller für additive Fertigungssysteme. „Raketen müssen hohem Druck, Vertikalbeschleunigungen, hohen Geschwindigkeiten, Vibrationen, hohen Temperaturen und extremer Kälte widerstehen können.“

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Wie auch andere Spitzenunternehmen hat ULA 3D-Druckverfahren zunächst für die Herstellung von Prototypen und Fertigungswerkzeugen eingesetzt. Mittlerweile ist das Unternehmen dazu übergegangen, damit auch Flugkörperkomponenten zu produzieren. Doch mit dem Erwerb von zwei Fortus-900mc-3D-Produktionssystemen von Stratasys begann ULA mit der Weiterentwicklung der Leitungen für das Umgebungskontrollsystem (Environmental Control System – ECS) der Atlas V. 2016 startet die Rakete mit den neuen 3D-Elementen. Die ECS-Leitungen sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Countdown-Sequenz vor dem Start. Sie liefern flüssigen Stickstoff zur sensiblen Elektronik im Raketentriebwerk.

Das Vorgängermodell der ECS-Leitungsbaugruppe bestand aus 140 Bauteilen. Durch eine Überarbeitung des Designs mithilfe von FDM-3D-Drucktechnologie konnte ULA die Anzahl der Bauteile auf 16 reduzieren. Dadurch wurde die Einbauzeit erheblich verkürzt und die Bauteilkosten um 57 % gesenkt.

Gedruckt wird mit FDM-Thermoplast ULTEM 9085

ULA produziert langlebige, gebrauchsfertige Hochleistungsbauteile aus dem FDM-Thermoplast ULTEM 9085. „ULTEM 9085 hält über einen großen Temperaturbereich hinweg hohen mechanischen Belastungen stand“, erklärt Greg Arend, Program Manager für additive Herstellungsverfahren bei ULA. „Unsere Prüfungen haben gezeigt, dass es für den Einsatz sowohl unter extrem niedrigen als auch extrem hohen Temperaturen geeignet ist. Zudem hält es den Vibrationen und der Beanspruchung beim Start und während der Flugphase stand. Wir sind sehr zufrieden mit den Leistungsdaten.“

Die Atlas-V-Trägerrakete wird sicherlich nicht das einzige Startraketensystem bleiben, bei dem 3D-Drucktechnologie zum Einsatz kommt. ULA hat sich anspruchsvolle Ziele gesteckt und möchte in der nächsten Raketengeneration weit über 100 3D-gedruckte Bauteile verwenden.

„Wir beobachten einen fast schon exponentiellen Anstieg der Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks für Fluganwendungen bei unseren aktuellen Trägerraketensystemen“, so Arend. „Und bei unserer Vulkan-Rakete werden diese verstärkt zum Einsatz kommen.“

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