In den letzten 6 Jahren wurden zielstrebige Anstrengungen in systemsicherheitskritischen Industrien vorgenommen, um den 3D-Druck als Werkzeug für die Prototypenherstellung sowie Fertigung von hochgradig individualisierten Teilen zu implementieren. So war im November 2014 ein, für weltraumzwecke umgerüsteter, 3D-Drucker Teil der Ladung, welche zur Internationalen Raumstation ISS transportiert wurde. Dieser experimentelle 3D-Drucker demonstrierte erstmals die Möglichkeit der Fertigung bei Schwerelosigkeit und das Potential einer Anlage außerhalb der Erde zur Herstellung von Teilen für die Weltraumforschung.
Obwohl Materialien eine entscheidende Rolle bei der Additiven Fertigung spielen, war das Angebot der 3D druckbaren Materialien unzureichend für High-End Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Weltraumtaugliche Materialien mussten deswegen 3D druckbar gemacht werden, um den Herausforderungen der Menschheit bei der Erkundung unseres Sonnensystems gerecht zu werden.
Mit der Einführung erschwinglicher, kosteneffizienten 3D-Drucker, die es ermöglichen Hochtemperatur-Polymere zu verarbeiten, wie es die Apium Additive Technologies GmbH bereits 2015 mit PEEK (Polyetheretherketon) gezeigt hat, erweiterten sich die Grenzen der 3D-Drucktechnologien signifikant. Apiums Schmelzschichtverfahren bietet die Möglichkeit reine Polymere genauso wie Materialien auf Polymer-Matrix-Basis, gefüllt mit Metallen, Holz oder anderen Kunststoffen, zu verarbeiten. Apiums 3D-Drucker sind dafür entwickelt, den Materialbildungsprozess, welcher Teil von Thermoplasten ist, wie Kernbildung, Kristallisierung (für teilkristalline Polymere) und Wachstum der thermodynamisch beeinflussten Phasen, optimal zu beherrschen.
Diese fortschrittliche Fertigungsmöglichkeit gibt der Luft- und Raumfahrtindustrie das Vertrauen zur Verwendung der additiven Fertigung als Werkzeug zur Herstellung funktioneller Teile für den Einsatz in Maschinenbauanwendungen.
ESAs Arbeit mit additiv gefertigten PEEK Teilen hat seine Wurzeln bei Apiums 3D-Druck-Technologie
Apium ermöglichte ESA einen wertorientierten Einblick in die Verarbeitung von Hochtemperaturpolymeren unter Verwendung von 3D-Druck. Die Arbeit wird aktuell unter Leitung von ESAs Material- und Technologieexperte Dr. Ugo Lafont verfolgt. Dabei ist Apiums Schmelzschichtverfahren zum Drucken von PEEK Teilen ohne Zweifel der entscheidende Vorteil für die Weltraumforschung.
PEEK ist ein Spitzenreiter in der Welt industrieller Materialien. Dr. Ugo Lafont verwendet PEEK aufgrund seiner “thermischen Stabilität und guter mechanischer Leistung”. Dr. Lafont und sein Team erprobten Apium PEEK 450 Natur zusammen mit einem leitenden PEEK, entwickelt von ESA, zur Herstellung von CubeSats; Orbit-gebundene Nanosatelliten. Diese Nanosatelliten wurden kostengünstig mit einem von Apiums HPP155 3D-Druckern hergestellt. Weiterhin verwenden sie seit 2015 Apiums Technologie zum 3D-Drucken von reinem und kohlenstofffaserverstärktem PEEK für mechanisch belastete Anwendungen.
Ein eindeutiger Beweis für die Industrietauglichkeit von Apiums Schmelzschichtverfahren, welches zusätzliche Wege für seine Verwendung in anderen sicherheitskritischen industriellen Anwendungen eröffnet.
Nächster Schritt: 3D-Druck im Weltall
Die Vorteile von Apiums 3D-Druck Schmelzschichtverfahren im Bereich der Weltraumerforschung verdrängen jede weitere 3D-Drucktechnologie. Dieser Wettbewerbsvorteil ist der generell einfachen Bedienbarkeit des Schmelzschichtverfahrens, im Vergleich zu anderen Verfahren, geschuldet. Die Möglichkeit, Nutzen aus den vor Ort befindlichen Materialien (bspw. auf dem Mond oder anderen Planeten) zu ziehen, welche in eine thermoplastische Bindematrix integriert werden macht das Schmelzschichtverfahren weltraumtauglich, ebenso wie die fehlende Notwendigkeit von unterstützenden Systemen (Gas oder Abfallhandhabung). Ein Fertigungsverfahren dieser Art schafft eine unbezahlbare Gelegenheit für die Fertigung im Weltall. Diese Aussicht ermöglicht Einsparungen für die Raumfahrtindustrie, wo die Transportkosten naturgemäß hoch sind; zwischen 4.000 USD und 19.431 USD pro Kilogramm.
Apium denkt vorrausschauend; unser Programm für den Luft- und Raumfahrtsektor ist weit entfernt von “Blue-Sky” Forschungen, aus diesem Grund laden wir die Behörden dazu ein, mit uns an ihren Bedürfnissen zu arbeiten. Die Apium P-Serie für das Schmelzschichtverfahren erlaubt anwenderbezogene Spezifikationen. Die verwendeten fortschrittlichen Materialien werden dank dem speziellen Design der Drucker der Apium P-Serie mit unvergleichbarer Qualität verarbeitet; ein Novum für diese Technologie.
Danksagung:
Dr. Ugo Lafont of the ESTEC - European Space Agency (ESA)
