Ein speziell angefertigter 3D-Metalldrucker wird an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) installiert und ist der erste seiner Art, der vom Weltraum aus drucken kann.
AddUp ist Teil des ehrgeizigen Projekts “Metal3D”, dessen Ziel es ist, einen 3D-Drucker zu entwickeln, der Metallteile im Weltraum herstellen kann. Dieses Projekt wird von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), Airbus Defense and Space und anderen industriellen und akademischen Partnern wie Highftech Engineering und der Cranfield University geleitet.
In wenigen Monaten werden Metallteile mit einem ganz besonderen Drucker gedruckt. Eine speziell angefertigte Maschine wird an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) i m Columbus-Modul installiert und ist die erste ihrer Art, die vom Weltraum aus drucken kann. Dieses Projekt, eines der aufregendsten Projekte der 3D- Druckindustrie, trägt den Namen “Metal3D”.
Die Partner dieses Projekts
Metal3D ist ein groß angelegtes Projekt, an dem mehrere Einrichtungen beteiligt sind. Die ESA leitet die Mission und spielt bei diesem Projekt die Rolle des Auftraggebers. Die Projektleitung l i e g t bei den Teams von Airbus Defense and Space in Toulouse. Ihre Teams sorgen für die Integration der verschiedenen Komponenten des Druckers, die Stromversorgung und die Konformität mit der Weltraumumgebung. Die Universität Cranfield kümmert sich um die Energiequelle und den Materialtransportmechanismus. Im Fall von “Metal3D” handelt es sich um einen Laser und einen Edelstahldraht. Das Unternehmen Highftech ist mit der Herstellung des Maschinengehäuses und der Integration des Flüssigkeitsmanagements der Maschine betraut. Schließlich fertigt AddUp die interne Struktur und die Mechanismen der Maschine, die SPS, die sie steuert, und die Schnittstelle, die die Kommunikation mit dem Boden ermöglicht.
Alexandre Piaget, F&E-Ingenieur bei AddUp, bezeugt: “AddUp spielt eine wichtige Rolle bei der Realisierung dieser Mission, aber seine Beteiligung an dem Projekt geht auf die Vorprojektphase zurück, in der die Machbarkeit des Projekts nachgewiesen werden musste. Dieser erste Teil, der in den Räumlichkeiten in Salon de Provence durchgeführt wurde, bildete die Grundlage für das, was die Maschine heute ist. In der endgültigen Version der Maschine ist AddUp für die mobilen Achsen, die strukturellen Teile und die Software der Maschine verantwortlich.”
Auf der mechanischen Seite entwarfen und fertigten die Experten von AddUp die interne Struktur der Maschine, einschließlich aller beweglichen Teile. Auf der Softwareseite entwickelten sie das Automatisierungsprogramm der Maschine, das Funktionen wie die Kommunikation mit dem Boden (Senden von Daten, Messungen, Bildern und Berichten sowie die Ausführung der von der Erde empfangenen Befehle) umfasst.
Der Auftrag: Charakterisierung des Metalls
“Metal3D” wurde von der Europäischen Weltraumorganisation als Technologiedemonstrator in Auftrag gegeben. Ziel ist es, die mechanischen Eigenschaften eines in der Mikrogravitation geformten Materials zu charakterisieren. Zur Durchführung dieses Experiments werden zwei Chargen von Probekörpern mit zwei identischen Druckern hergestellt. Die erste Charge wird in Toulouse in terrestrischer Schwerkraft hergestellt, die zweite wird im Weltraum, im Columbus-Modul der ISS in Mikrogravitation gefertigt. Zur Herstellung dieser beiden Druckprojekte werden zwei Es wurden identische Exemplare einer 3D-Metalldruckmaschine entworfen und hergestellt, die in beiden Umgebungen arbeiten können. Der für diese Mission konzipierte Drucker wird somit der erste sein, der Metallteile im Weltraum druckt.
Die Herausforderung: Produktion unter Mikrogravitation
Bei fehlender Schwerkraft sind die meisten aktuellen additiven Fertigungsverfahren nicht mehr einsetzbar. Dies liegt entweder daran, dass sie nicht mit der Weltraumumgebung kompatibel sind (die Verwendung von feinem Pulver ist in der Raumstation gefährlich), oder dass ihre Anwendung mit der Mikrogravitation in Konflikt steht (z. B. Pulverbetttechnologien). Um die Fertigung in der Schwerelosigkeit zu ermöglichen, haben sich die Partner für ein Verfahren entschieden, das die durch die Oberflächenspannung induzierten Kräfte fördert: die Draht-Laser-Kombination (W-DED). Als Energiequelle wird ein Laser und als Rohmaterial ein Draht aus rostfreiem Stahl 316L verwendet. Der Laser und das Drahtvorschubsystem sind fest im Maschinenrahmen installiert, und der Drucktisch ist über 3 lineare Achsen und 1 Drehachse beweglich. Die Maschine wird unter Stickstoff betrieben, um die Oxidation des Materials zu begrenzen und die Gefahr einer Verbrennung zu vermeiden. Da der Zugang zu Stickstoff in der ISS begrenzt ist, wird die Atmosphäre der Maschine während des gesamten H e r s t e l l u n g s p r o z e s s e s gefiltert und gekühlt, um den Stickstoffverbrauch zu begrenzen und den bereits in der Maschine vorhandenen Stickstoff so weit wie möglich zu recyceln.
