Übersicht
Im Rahmen einer langfristigen Forschungs- und Entwicklungskooperation hat MX3D gemeinsam mit Thales Alenia Space ein großes Strukturbauteil aus Aluminium entwickelt. Dieses Bauteil, das für bemannte oder unbemannte Weltraummodule der nächsten Generation – einschließlich fortschrittlicher Druckkammern – konzipiert ist, verdeutlicht, wie die robotergestützte Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) die Produktion von Weltraumhardware beschleunigt. Diese Zusammenarbeit, die die Grenzen der kontinuierlichen Forschung und Entwicklung von MX3D erweitert, hat die Integration von Mehrroboter-Fertigung, enormen Bauteilabmessungen und Hochleistungswerkstoffen erfolgreich vorangetrieben. Durch den Ersatz herkömmlicher geschmiedeter Ringe und mehrstufiger Baugruppen durch eine einzige, kontinuierlich im 3D-Druck hergestellte Struktur gelang es im Rahmen des Projekts, die Fertigungsdurchlaufzeiten, den Materialabfall und die Komplexität der gesamten Lieferkette bahnbrechend zu reduzieren.
Umgehung von Engpässen beim Schmieden mit WAAM
Die traditionelle Fertigung von primären Raumfahrtstrukturen stützt sich auf massive Rohschmiedeteile, die bekanntermaßen lange Beschaffungsvorlaufzeiten und Materialverschwendung mit sich bringen. Bei der konventionellen Fertigung müssen zudem Einzelkomponenten separat bearbeitet und anschließend zusammengefügt werden, was mehrere Produktionsschritte erfordert. Um diese Engpässe zu umgehen, entwarfen die Ingenieurteams mehrere Abschnitte des Endprodukts als ein einziges integriertes Modell, das für den großformatigen WAAM-Druck optimiert ist. Die Vorform wurde erfolgreich aus einer hochleistungsfähigen Aluminium-Scandium-Legierung aufgebracht, wodurch Zwischenmontageschritte entfallen und der „Near-Net-Shape“-Faktor vor der externen CNC-Nachbearbeitung erhöht wurde. Um die Bedeutung dieser Zusammenarbeit für die Branche hervorzuheben, wurde das abgeschlossene Projekt auf der von der ESA und der NASA organisierten Konferenz „WAMS 26“ vorgestellt.
Wichtigste Projektergebnisse
- Verkürzung der Vorlaufzeit: Die Struktur in Originalgröße wurde in einem Bruchteil der bei herkömmlichen Fertigungsverfahren üblichen Zeit hergestellt.
- Gewichtsersparnis: Die Ausgangsmasse des Rohmaterials wurde im Vergleich zu herkömmlichen Schmiederohlingen erheblich reduziert.
- Verbesserung bei „Buy-To-Fly“: Deutliche Reduzierung des Materialabfalls bei der Nachbearbeitung.
- Zusammenführung von Teilen: Die einzelnen Abschnitte wurden zu einem einzigen Ausdruck zusammengefasst.
„Bei Thales Alenia Space nutzen wir die Wire-Arc-Additive-Manufacturing-Technologie (WAAM), um die Herstellung großformatiger Bauteile für Weltraumhabitate neu zu konzipieren. Dieser Meilenstein wurde durch unsere Zusammenarbeit mit MX3D ermöglicht.“
— Nicola Aversano, Werkstoffingenieur bei Thales Alenia Space
Bild: mit freundlicher Genehmigung von Thales Alenia Space. Die Nachbearbeitung erfolgte durch einen Lieferkettenpartner von Thales Alenia Space.
Projektspezifikationen
- Branche: Luft- und Raumfahrt / Raumfahrtstrukturen
- Werkstoff / Legierung: Hochfestes Aluminium 5183 + Sc (Aluminium-Scandium)
- Abmessungen: 3,0 Meter Durchmesser x 1,5 Meter Höhe
- Druckdauer: 12 Wochen kontinuierliche Produktion
- Fertigungsstrategie: Roboterbasiertes WAAM + externes CNC-Präzisionsfräsen
- Wichtige Kennzahl: >50 % Gewichtsreduzierung gegenüber Rohschmiedeteilen, ~60 % Verbesserung des „Buy-To-Fly“-Werts
Bild: mit freundlicher Genehmigung von Thales Alenia Space. Die Nachbearbeitung erfolgte durch einen Lieferkettenpartner von Thales Alenia Space.
