Die Raumfahrtbranche hat sich dank der Entwicklung von Raketen, die sich selbst landen können, von einem Nischenforschungssegment zu einer vollwertigen Industrie entwickelt. Um diese Technologie weiter voranzutreiben, nutzen neue Generationen von Ingenieuren innovative Materialien in Verbindung mit additiver Fertigung, um vertikalen Start und vertikale Landung zu ermöglichen.
Ein Beispiel dafür ist das Purdue Space Program-Active Controls (PSP-AC) an der Purdue University. Das Team besteht aus 50 Studenten und hat es sich zum Ziel gesetzt, die Leistungsstandards im Bereich der selbstlandenden Raketen zu übertreffen. Dafür entwickeln sie ein TADPOLE, ein Antriebssystem für ein bipropellantisches Hüpf-Fahrzeug. Die Anforderungen an das TADPOLE umfassen lange Brennzeiten, einen regenerativen Kühlkreislauf und Schubvektorsteuerung. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde ein Schubkammerbaugruppe (TCA) entwickelt, das nur durch 3D-Druck hergestellt werden konnte.
Normalerweise wird Aluminium für Raketen-TCA aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, Leichtbauweise und günstigen Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis gewählt. Allerdings findet das Material erst seit kurzem verstärkte Verwendung im 3D-Druck aufgrund der Auswirkung von Wärmeleitung und Reflektivität auf den Laser-Pulverbetten-Schmelzprozess (LPBF). Eine Schlüsselkomponente zur Verbesserung der Druckbarkeit von Aluminium ist die Verlangsamung der Druckgeschwindigkeit, was die Produktivität und Maschinenamortisation verringert.
Elementum 3D ist eines der Unternehmen, die den Stand der Technik im Bereich der metallischen Materialien für den 3D-Druck vorantreiben. Ihre Aluminiumlegierung A6061-RAM2 wurde entwickelt, um diese Druckbarkeitsprobleme zu lösen. Laut dem Unternehmen ermöglicht dieses Material eine reale Teilabscheidungsrate, die etwa 50% höher ist als bei dem häufig verwendeten AlSi10Mg, wenn es auf einem EOS M290 System gedruckt wird. Zusätzlich bietet das Pulver aufgrund seiner glatteren Oberfläche eine bessere Wärmeübertragung sowie thermische und mechanische Eigenschaften.
Dank der geeigneten Eigenschaften von A6061-RAM2 wurde es für das TADPOLE-Projekt ausgewählt. Die verbesserte Haltbarkeit des TCA ermöglichte dem Team, eine umfangreichere Serie von Tests durchzuführen, was ihre Erfahrung in der Konstruktion und Experimentation von Antriebssystemen verbesserte.
Die Partnerschaft mit Elementum ermöglichte es dem College-Team auch, von der industriellen Zusammenarbeit zu profitieren. Die Ingenieure von Elementum unterstützten das Team bei der Entwicklung von Strategien zur effizienten Entfernung von Pulver aus den gedruckten Teilen, was sich als einfacher erwies als bei herkömmlichen GR-COP-Legierungen. Darüber hinaus erhielten die Studenten Zugang zu umfassenden Daten über die Materialeigenschaften der Legierung, Informationen, die von anderen Lieferanten nur schwer zu bekommen waren.
Diese Zusammenarbeit ermöglichte es den Studenten, das Verhalten und die Leistung der Schubkammerbaugruppe genau zu simulieren und ihre Designs anhand experimenteller Ergebnisse aus Triebwerkstests zu validieren. Diese Erfahrungen werden zweifellos das zukünftige Berufsleben der Purdue-Studenten beeinflussen und gleichzeitig Elementum 3D als kompetenter Partner etablieren. Es ist bekannt, dass solche Projekte von Studentengruppen zu weltverändernden Innovationen führen können. Ein Beispiel hierfür ist Relativity Space, dessen Mitbegründer Jordan Noone einst das Raketenantriebslabor der University of Southern California leitete. Genau wie Noone sich später an der Entwicklung des weltweit größten Metall-3D-Druckers beteiligte, werden die Purdue-Studenten sicherlich noch größere und beeindruckendere Dinge erreichen. Und wenn sie dies tun, werden sie das Fachwissen von Elementum in der Pulverherstellung mitnehmen.
FAQ:
1. Was ist das Purdue Space Program-Active Controls (PSP-AC)?
Das Purdue Space Program-Active Controls (PSP-AC) ist ein Team von 50 Studenten an der Purdue University, das sich zum Ziel gesetzt hat, die Leistungsstandards im Bereich der selbstlandenden Raketen zu übertreffen.
2. Was ist ein TADPOLE?
Ein TADPOLE ist ein Antriebssystem für ein bipropellantisches Hüpf-Fahrzeug, das vom PSP-AC entwickelt wird.
3. Warum wird Aluminium für Raketen-TCA verwendet?
Aluminium wird aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, Leichtbauweise und günstigen Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis für Raketen-TCA verwendet.
4. Was ist das Problem beim 3D-Drucken von Aluminium?
Aluminium wurde bisher aufgrund der Auswirkungen von Wärmeleitung und Reflektivität auf den Laser-Pulverbetten-Schmelzprozess (LPBF) nur begrenzt im 3D-Druck verwendet.
5. Welches Unternehmen treibt die Entwicklung metallischer Materialien für den 3D-Druck voran?
Elementum 3D ist eines der Unternehmen, das die Entwicklung metallischer Materialien für den 3D-Druck vorantreibt.
6. Welche Aluminiumlegierung wurde entwickelt, um die Druckbarkeitsprobleme zu lösen?
Die Aluminiumlegierung A6061-RAM2 wurde entwickelt, um die Druckbarkeitsprobleme von Aluminium zu lösen.
7. Welche Vorteile bietet die Aluminiumlegierung A6061-RAM2?
Die Aluminiumlegierung A6061-RAM2 ermöglicht eine höhere Teilabscheidungsrate, bessere Wärmeübertragung sowie thermische und mechanische Eigenschaften.
8. Welche Vorteile hatte die Verwendung von A6061-RAM2 für das TADPOLE-Projekt?
Die Verwendung von A6061-RAM2 für das TADPOLE-Projekt ermöglichte umfangreichere Tests und verbesserte die Erfahrung des Teams in der Konstruktion und Experimentation von Antriebssystemen.
9. Welche Unterstützung erhielt das Team von Elementum?
Das Team erhielt von Elementum Unterstützung bei der Entwicklung von Strategien zur effizienten Entfernung von Pulver aus den gedruckten Teilen und umfassende Daten über die Materialeigenschaften der Legierung.
10. Welchen Einfluss können solche Projekte auf das Berufsleben der Studenten haben?
Solche Projekte können das zukünftige Berufsleben der Studenten beeinflussen und sie als kompetente Partner etablieren, ähnlich wie bei Jordan Noone, dem Mitbegründer von Relativity Space, der das Raketenantriebslabor der University of Southern California leitete.