Die 3D-Drucktechnologie, die früher als innovative Technologie im Rapid Prototyping mit Kunststoff und für Laborräume galt, ist heute ein wesentliches Werkzeug in einer faszinierenden Industriebranche – der Raketenherstellung. Ingenieure und Hersteller verwenden heute die Metall-3D-Drucktechnologie, um Raketen im 3D-Druck zu erstellen – eine Entwicklung, dank der die Weltraumforschung umsetzbarer als jemals zuvor wird.
Wie und warum 3D-Raketen drucken
Ihre Beliebtheit verdankt die 3D-Drucktechnologie ihrer Fähigkeit, erschwingliche und kundenspezifische Formen herzustellen, die mit den meisten Herstellungsverfahren nicht erhalten werden können. Die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt oft neue Komponenten, sodass sich der 3D-Druck ideal dafür eignet. Wie beim stereotypischeren Kunststoff-3D-Druck ermöglicht auch der Metall-3D-Druck in der Raketenentwicklung, erheblich die Zeit zu reduzieren, die für die Erstellung eines Prototyps aufgrund einer Idee notwendig ist.
3D-gedruckte Raketensysteme
Wiederholte Herstellung und Testung erfolgen bei Raketensystemen im 3D-Druck erheblich schneller, wobei sich ein drastischer Entwicklungsvorteil sowohl hinsichtlich Kapital als auch Zeit ergibt. Herkömmliche Raketenherstellung erfordert hochmoderne Ausrüstungen und komplexe Werkzeugeinrichtungen, wodurch die Veränderung eines Entwurfs extrem schwierig und kostenaufwendig wird. 3D-Druck kann jedoch eine erhebliche Überholung der erforderlichen Tools und Einrichtungen in Kombination mit erhöhter Festigkeit der Herstellungsverfahren gewährleisten. Der 3D-Druck ist somit für die Raketenherstellungsindustrie eine kosteneffektive und effiziente Lösung.
Vorteile von 3D-Druck
Ein weiterer signifikanter Vorteil der 3D-Drucktechnologie für Raketen besteht in einer Reduzierung der Anzahl von Teilen. Beispielsweise wird das Raketenvolumen größtenteils über Treibstoff angetrieben, was bedeutet, dass Treibstoff sicher in auslaufsicheren, isolierten Kammern gelagert werden muss. Bei herkömmlichen Herstellungsverfahren sind zahlreiche Befestigungselemente, Dichtungen oder O-Ringe notwendig, um die Treibstoffarten zu isolieren, damit die Rakete sicher und korrekt funktionieren kann.
Eine herkömmliche Rakete kann bis zu 100.000 Teile aufweisen, wobei jedoch bei mit 3D-Druck hergestellten Raketen diese Anzahl von Komponenten auf ca. 1.000 reduziert werden kann. Der 3D-Druck kann die Anzahl der Komponenten von Raketen-Treibstofftanks und -Triebwerken drastisch reduzieren und extrem optimierte Struktur, reduzierten Arbeitsaufwand, reduzierte Kosten und optimierte Leistung gewährleisten. Diese Flexibilität im Entwurfsraum kann helfen, Gewicht, Treibstoffdurchfluss und Wärmemanagement zu optimieren, wobei Optimierung gleichzusetzen ist mit Effizienz. Eine Steigerung der Raketeneffizienz führt unmittelbar zu einem Anstieg der Raketenleistung und der zurücklegbaren Entfernung.
Drei führende Unternehmen für 3D-gedruckte Raketen
SpaceX: Als Spitzenreiter in der Herstellung einiger der leistungsfähigsten Raketen in der Geschichte und der ersten wiederverwendbaren Raketen für eine sichere Landung auf der Erde nutzt SpaceX ebenfalls den 3D-Druck in seinem Herstellungsprozess. SpaceX nutzte insbesondere Metall-3D-Druck, um die SuperDraco Triebwerke zu entwickeln, die in den Dragon-Raumschiffen verwendet werden, um sowohl Menschen als auch Fracht zu transportieren.
Relativity: Dieses Unternehmen ist wohl weltweit der berühmteste Raketenhersteller mit Schwerpunkt auf 3D-Druck, wobei seine Herstellungsprozesse nahezu ausschließlich auf der 3D-Drucktechnologie beruhen. Relativity nutzt Direkte Energiedeposition (DED) und Direktes Metall-Laser-Sintering (DMLS), unter anderen geschützten Technologien, um 3D-gedruckte Raketen zu entwickeln. Den herausragendsten Erfolg hatte dieses Unternehmens mit seinem Herstellungsprozess, der sich durch einen patentierten datengesteuerten Maschinen-Lernalgorithmus auszeichnet, der Regelkreise für „Stargate“ optimiert, sein geschütztes 3D-Druckersystem, das auch der weltweit größte Metall-3D-Drucker ist.
Ursa Major: Dieses Start-up-Unternehmen mit Sitz im US-Bundesstaat Colorado und einer Verbindung zu Ball Aerospace, ULA, NASA und Lockheed Martin konzentriert sich auf die Markteinführung von Mikro- und Nano-Satelliten. Mit diesen Raketen wird die Bedeutung von „klein aber todsicher“ neu definiert, da sie eine Kraft von über 2.268 kg (5.000 lbs.) erzeugen können und nicht größer als ein Rucksack sind. Ursa Major nutzt die 3D-Drucktechnologie für die Herstellung von hochoptimierten Raketentriebwerken, die kleine, wirkungsvolle Kommunikationssatelliten für Unternehmen antreiben können. Ursa Major möchte zur De-facto-Organisation für den Masseneinsatz von kleinen Satelliten werden.
Die Zukunft von 3D-Raketendruck
3D-gedruckte Raketen können die Zukunft der Raumfahrt bedeuten, wobei die Leistungsfähigkeit unserer Raketen somit neue Höhen erreichen kann. Viele Raketenunternehmen und Start-ups untersuchen und nutzen die 3D-Drucktechnologie, sei es auch nur für einige wichtige Komponenten, um den Ingenieuren zu ermöglichen, den Entwurfsraum viel schneller zu erforschen. Eines ist sicher: Es ist nur noch eine Frage der Zeit, bis feststeht, wie wir einen dieser 3D-Drucker auf den Mars schicken können.