Am Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie in Stuttgart werden im Rahmen mehrerer Projekte unterschiedliche additive Verfahren und Materialien auf ihre Eignung hin untersucht. Im Projekt IRAS (Integrated Research Platform for Affordable Satellites) sollen Primärstrukturen (lasttragende Bauteile) für Satelliten flexibel und kostengünstig hergestellt werden. In MuSiK wird der Multimaterialdruck von C/Si/SiC-Keramiken untersucht. Themengebiete sind neben Raumfahrt auch Luftfahrt und der Energiesektor.
Polymere Strukturen
Hochtemperatur-Thermoplaste wie PEEK oder PEI erfüllen nachweislich die strengen Anforderungen an Luftfahrtkonstruktionen. Aufgrund der großen Gestaltungsfreiheit beim 3D-Druck können solche Strukturen als leichte, multifunktionale Bauteile mit hoher Kosteneffizienz entworfen werden. Aktuelle Forschungsprojekte zielen darauf ab, durch die Integration von Elektronik und Sensoren in primäre Sandwichplatten multifunktionale Satellitenstrukturen zu entwerfen, herzustellen und zu qualifizieren. Dadurch können sowohl die Integrations- als auch die Startkosten zukünftiger Satelliten reduziert werden.
Keramische Materialien
Siliziumkarbide eignen sich sehr gut für verschiedene hochtemperaturbelastete Bauteile im Satelliten, zum Beispiel als Lavaldüse in einem Apogäumstriebwerk. Die Düse muss hohen Temperaturen, Korrosion, Druck und Verschleiß widerstehen. Ausgangspunkt für additive Fertigung komplexer SiC Bauteile ist ein kostengünstiges, hochgefülltes Rohmaterial. Der 3D-gedruckte Grünkörper wird pyrolysiert und ergibt eine poröse Carbon-Preform. Während des Flüssigsilizierverfahrens reagiert der Kohlenstoff der Preform mit dem geschmolzenen Silizium zu Siliziumcarbid. Das Ergebnis ist ein endkonturnahes SiC-keramisches Bauteil.
Gyroide Strukturen
Gyroide Strukturen sind aufgrund ihrer außergewöhnlichen Festigkeit und Leichtbauweise eine beliebte Geometrie bei extrusionsbasierten Drucktechniken. Sie benötigen keine eigene Supportstruktur und finden deshalb auch Verwendung als Infill-Pattern. Durch die getrennten Kanäle und die guten Wärmeleit- und Thermoschockeigenschaften von Siliziumcarbid sind weitere Anwendungsfelder in der Energietechnik denkbar. (Design: Airbus).
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
Nicole Gottschalk · E-Mail: nicole.gottschalk@dlr.de · DLR.de
