NASA reizt die Grenzen des 3D-Drucks aus
Die NASA hat die bisher komplexesten Raketenmotorteile erfolgreich getestet. Die Teile wurden von der NASA selbst entworfen und mittels 3D-Druck hergestellt. Getestet wurden Sie an einem Teststand am Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, USA.
Die Ingenieure machten sich die Vorteile des 3D-Drucks zu Nutze und entwarfen Einspritzdüsen eines Raketentriebwerks – ein hochkomplexes Bauteil, das den Treibstoff in den Motor befördert – mit speziellen Konstruktionsmerkmalen. Die Teile wurden aus Metallpulver mittels Selektiven Laserschmelzen hergestellt.
Dank additiver Fertigungsprozesse konnte ein Injektor mit 40 individuellen Sprühdüsen in nur einem Teil gedruckt werden. Die Größe entspricht Injektoren, welche in kleinen Raketenantrieben genutzt wird, das Design entspricht jedoch Injektionen für große Motoren, wie dem ›RS-25‹ der Space-Launch-Systems (SLS)-Raketen antreiben wird. Diese, noch in der Entwicklungsphase befindlichen Explorations-Raketen werden Schwergut transportieren und Menschen jenseits der Erdumlaufbahn und zum Mars befördern.
»We wanted to go a step beyond just testing an injector and demonstrate how 3D printing could revolutionize rocket designs for increased system performance«, sagt Chris Singer, Leiter der Marschall Entwicklungsabteilung. »The parts performed exceptionally well during the tests.«
Bei der Herstellung mit traditionellen Fertigungsfahren müssten 163 einzelne Teile gefertigt und montiert werden – Dank 3D-Druck-Technologie werden nur zwei Teile benötigt. Das spart Zeit und Geld und ermöglicht den Ingenieuren, Teile zu fertigen, welche die Leistung der Raketenantriebe verbessern und weniger fehleranfällig sind.
Es wurden zwei Einspritzdüsen, gedruckt von zwei Firmen (Solid Concepts in Valencia, Californien und Directed Manufacturing in Austin, Texas) getestet. Die Designer entwickelten geometrisch komplexe Strömungsprofile, welche es ermöglichen flüssigen Sauerstoff und gasförmigen Wasserstoff vor der Verbrennen bei bis zu 6000 Grad Fahrenheit zu vermischen. »One of our goals is to collaborate with a variety of companies and establish standards for this new manufacturing process,« erklärt Triebwerksingenieur Jason Turpin. »We are working with industry to learn how to take advantage of additive manufacturing in every stage of space hardware construction from design to operations in space. We are applying everything we learn about making rocket engine components to the Space Launch System and other space hardware.«
Durch den 3D-Druck ›in house‹ ist es möglich, die Testergebnisse zu analysieren und anhand deren Modifikationen am Prüfstand oder an den Teilen direkt umzusetzen. Das beschleunigt den gesamten Design-, Entwicklungs- und Test-Prozess und ermöglicht es, innovative Designs bei geringerem Risiko und Kostenaufwand auszuprobieren.
Die Ingenieure haben zunehmend komplexere Injektoren, Raketendüsen und andere Komponenten getestet, mit dem Ziel die Fertigungskomplexität und den Zeit- und Kostenaufwand beim Konstruieren und Montieren zukünftiger Motoren zu reduzieren. Additive Fertigung ist eine der Schlüsseltechnologien, um Raketendesigns zu verbessern und Deep-Space-Missionen zu ermöglichen.
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