• Blick auf die Erde vom All aus | © Photo by NASA on Unsplash
    Additive Fertigung in der Raumfahrt

    Vom Prototyp bis an die Startrampe
    Innovative Technologien voranbringen

Additive Fertigung für die Raumfahrt Satellitenbauteile, Raketenantriebe & Co aus dem 3D-Drucker

Seit jeher setzt die Raumfahrt auf neue, fortschrittliche Technologien. Heute ist es der 3D-Druck, durch den sich neue Möglichkeiten bei Konstruktion und Fertigung selbst relevantester Bauteile ergeben. Vor diesem Hintergrund steigen auch zunehmend junge Unternehmen in die Space-Industrie ein – mit dem Wissen, dass die 3D-Drucktechnologie auch strikte Anforderungen der Luft- und Raumfahrt bei wirtschaftlichen Gesamtkosten erfüllen kann.

Geschwindigkeit und Effizienz im Fokus

Gerade im schnell wachsenden Markt kommerzieller Weltraumanwendungen spielt die kostengünstige Produktion von Prototypen und Kleinserien eine entscheidende Rolle. Die häufig hochgradig kundenspezifischen Anforderungen an Teile für die Luft- und Raumfahrt passen perfekt zu dem, was mit additiver Fertigung möglich ist. 

Diese ermöglicht zudem den Einsatz maßgeschneiderter Werkstoffe, wie etwa Kupferlegierungen, die konventionell nur sehr schwer und kostenintensiv zu verarbeiten wären.

Astronaut im Weltall | © Photo by NASA on Unsplash

Darum ist EOS der richtige Partner

Für die Raumfahrt suchen die meisten Unternehmen nach einem metallbasierten Fertigungsverfahren, um komplexe oder anderweitig schwer zu fertigende Teile herzustellen. 

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EOS ist führender Anbieter von Systemen und Werkstoffen für das Direkte Metall-Laser-Schmelzen (DMLS), ein pulverbettbasiertes Herstellungsverfahren für Bauteile in höchster Qualität – zuverlässig, reproduzierbar und wirtschaftlich.
 

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Die Industrie vertraut auf EOS-Lösungen –
wir verfügen über die größte installierte Basis an industriellen 3D-Druckern.

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Fordernde Einsatzbedingungen benötigen herausragende Werkstoffe. EOS bietet eine umfassende Auswahl an Metallwerkstoffen für optimale Produkteigenschaften, darunter Kupfer und Titanium. 
 

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Mit dem EOS Ecosystem sind wir Teil eines mehrschichtigen Netzwerks, das Kompetenzen bündelt und kundenspezifische Fertigungslösungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette umsetzen kann – von Idee und Konstruktion über die Produktion und Nachbearbeitung bis hin zum fertigen Bauteil.

Falcon 9 Rakete beim Start | © Photo by SpaceX on Unsplash
EOS Innovation Storys

Die wichtigsten Space-Anwendungen
Raketentriebwerke

Wetterdaten, Kommunikation, Globale Positionierungssysteme, globale Bilder und Karten – immer mehr Dienste nutzen kleine Satelliten oder werden dadurch überhaupt erst möglich. Um die Mikrosatelliten in den Orbit zu befördern, werden kleine Trägerraketen benötigt und die Marktnachfrage steigt stetig. So ist in den letzten Jahren die „New Space“ Industrie mit vielen Startups und Entwicklungsfirmen rasant gewachsen. Das Rennen entscheidet das Unternehmen für sich, dem es gelingt mit dem effizientesten Antrieb die größte Nutzlast ins All zu befördern.
Additive Fertigung ist der entscheidende Ansatz um die Kosten niedrig halten und gleichzeitig ein optimales Motordesign beizubehalten. Aber das funktioniert nur, wenn der Antrieb als ein einziges Teil in 3D gedruckt werden kann.

LAUNCHER 3D-Druck eines Raketentriebwerks

3D-Druck kann beim Bau von Raketentriebwerken entscheidende Vorteile realisieren. Hinzu kommt, dass die Funktionalität von Bauteilen komplett neu gedacht und produziert werden kann: Integrieren Sie beispielsweise interne Kühlkanäle in einer Brennkammer oder vereinen Sie einzelne Bauteile in einem All-in-One-Design.

Mit Unterstützung von EOS und AMCM arbeitet das US-amerikanische Start-up LAUNCHER daran, kleine bis mittlere Nutzlasten effizienter als bisher in den Weltraum senden zu können. Das Ergebnis sind neuartige, innovative Raketen-Designs – und das bisher weltweit größte, in einem Teil additiv gefertigte Raketentriebwerk.



Basis dafür ist ein typisches Raketen-Design, aber ergänzt um Innenverrippungen für eine optimale Kühlung. Nur dank 3D-Druck konnte LAUNCHER dieses neue Design zügig und wirtschaftlich konstruieren, testen und weiterentwickeln. 

 Der weltgrößte einteilige 3D-Druck-Raketenmotor

Eine Herausforderung ist die Größe des Bauraums und die schwierigen Materialeigenschaften. AMCM, ein Unternehmen der EOS-Gruppe für Sondermaschinen nach Kundenanforderungen, nahm sich dieser Herausforderung an.

Die in Kupferlegierung auf der M4K-Maschine von AMCM gedruckte 3D-Brennkammer ist die größte in einem einzigen Teil 3D-gedruckte Verbrennungskammer für Flüssigraketentriebwerke der Welt.


Die Brennkammer ist 86 cm (34in) hoch und hat einen Austrittsdüsen-Durchmesser von 41 cm (16in). 
Die Trägerrakete wurde kürzlich auf dem US Air Force Space Pitch Day mit 1,5 Millionen Dollar ausgezeichnet, um das Entwicklungs- und Testprogramm der Trägerrakete E-2 zu beschleunigen. Der erste groß angelegte Testlauf ist bereits geplant.

Die Animation zeigt die komplette Brennkammer mit additiven und konvertionell gefertigten Bauteilen.

Traditionell erfordert die Herstellung dieser Art von Teilen Investitionen in Millionen-Dollar-Höhe in maßgeschneiderte Maschinen. Mit dem 3D-Druck können Sie jetzt die Brennkammer, die Düse und den Hals als ein einziges Teil drucken. Dank dieses Fortschritts war es noch nie so einfach.

Max Haot | Gründer | Launcher

EOS Innovation Story Einspritzkopf für Raketentriebwerke der Ariane 6

Für die Produktion der neuen Trägerrakete Ariane 6 wünschte sich der Hersteller, die ArianeGroup, ein missionskritisches Antriebsteil selbst per industriellem 3D-Druck zu fertigen. Im Vordergrund stand dabei die Reduzierung von ursprünglich 248 auf möglichst wenige Einzelteile und niedrigere Stückkosten.   

Das Team von EOS Additive Minds und das Ariane-Team gingen diese Herausforderung gemeinsam an: Auf eine Risiko- und eine Szenario-Analyse sowie die Berechnung der Gesamtkosten folgte die Optimierung der Kosten pro Teil. Anschließend wurde das Produktionslayout erstellt und visualisiert sowie der Produktionsfluss geplant und optimiert.
Erfahren Sie mehr dazu im Video.

Beim Ariane Programm kombinieren wir unsere Innovationskraft mit der Expertise von EOS. Gemeinsam bereiten wir die additive Fertigung des Einspritzkopfs eines Raketentriebwerks vor. Eine deutlich reduzierte Produktionszeit und 50 % verringerte Kosten sind Ergebnisse, die überzeugen.

Dr.-Ing. Steffen Beyer | Leiter Produktionstechnologie – Werkstoffe & Prozesse | ArianeGroup
35 Stunden
Produktionszeit
reduziert
50 %
Kosten
reduziert
1 Einzelteile
Funktionsintegration
reduziert auf 1 Teil

Sie haben Fragen? Wir beraten Sie gerne zu Ihrer individuellen Produktionslösung.

Vinu Vijayan
Global Business Development Manager
EOS GmbH
Blick von der ISS auf den Pazifik | © Photo by NASA on Unsplash
EOS Innovation Storys

Die wichtigsten Space-Anwendungen
Satellitenbauteile

EOS Innovation Story  Topologie-optimierte Antennenhalterung von RUAG

Zunehmend finden sich additiv gefertigte Bauteile an und in Satelliten, die in den Weltraum geschickt werden. Denn die Technologie erfüllt alle kritischen Anforderungen: Komponenten werden in geringer Stückzahl benötigt, bei gleichzeitigem Fokus auf Gewichts- und Kostenreduzierung durch Materialeinsparungen. 

Leicht und äußerst stabil ist beispielsweise die topologie-optimierte und additiv gefertigte RUAG-Antennen-Halterung für den Satelliten Sentinel, hergestellt aus EOS Aluminium AlSi10Mg auf dem System EOS M 400.

Ein wenig gleicht es der Quadratur des Kreises: Wir konnten ein Bauteil erheblich leichter und dennoch deutlich stabiler machen. Die Eigenschaften haben wir in den harten Testläufen nachgewiesen, wie sie für die Luft- und Raumfahrtbranche unerlässlich sind. Wir werden in den kommenden Jahren noch viel über Additive Manufacturing in dieser Branche hören – davon bin ich überzeugt!
 

Franck Mouriaux | General Manager Structures | RUAG

Die Kennzahlen

60 %
Gewicht
eingespart
30%
Steifigkeit
übererfüllt

Lösungen zur additiven Fertigung in der Raumfahrt

Maschinen und Werkstoffe für den 3D-Druck mit Metallmaterialien

Maschinen und Werkstoffe für den 3D-Druck mit Kunststoffen

EOS Mikroskop Qualitätsprüfung | © EOS
EOS-Qualitätssicherung

Technology Readiness Levels
Qualifizierung von Materialien und Prozessen

gemäß NASA TRL-Konzept

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