Der Weltraum ist ein lebensfeindlicher Ort. Ohne Schutzanzug und Sauerstoffversorgung würde ein Mensch nur wenige Minuten überleben. Doch diese extreme Umgebung verlangt nicht nur uns Menschen alles ab. Bei Temperaturunterschieden von mehreren Hundert Grad, stoßen auch Materialien schnell an ihre Grenzen. Darum entwickeln Forscherinnen und Forscher weltweit Materialien und Methoden, die den Extremen des Alls standhalten.
Auch FH-Student Hannes Brandt vom Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik widmete sich diesem Thema. In einer Vorlesung von Prof. Dr. Markus Czupalla erfuhr er von dessen Plänen, Wachs in Doppelwände von Satelliten zu füllen und so die enormen Hitzeschwankungen im All zu regulieren. "Ich bin nach einer Vorlesung einfach zu ihm hin und habe gefragt, ob ich bei dem Projekt helfen könne", erzählt Brandt, der zu dieser Zeit am Fraunhofer ILT mit 3D-Druckern arbeitete. "Das passte perfekt", erinnert sich Prof. Czupalla, "weil ich gerade plante, das Wachs an einem 3D-gedruckten Modell zu testen."
Zwei Schritte zum Erfolg
Aus einem kurzen Gespräch zwischen Professor und Student wurden Pläne und aus diesen schnell Tatsachen: Im Rahmen seiner Bachelorarbeit begann Hannes Brandt mit dem Bau eines Prototyps, an dem Czupallas neue Wachs-Methode "Infused Thermal Solutions" (ITS) getestet werden sollte. Als Versuchsobjekt wurde die Halterung einer Infrarotkamera ausgewählt, wie sie oft in Wettersatteliten verbaut ist. Bei der Herstellung der sogenannten EBA (Entrance Baffling Assembly) verfolgte der 29-jährige zwei Ziele: "Ich wollte belegen, dass ein 3D-Drucker in der Lage ist, solche Bauteile zu erstellen", erklärt Brandt, "außerdem sollte ein Versuch zeigen, dass das Wachs problemlos in die Zwischenräume gefüllt werden kann."
Am Goethelab arbeitete er, gemeinsam mit Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern vom Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik, an einer Methode, die EBA in nur zwei Bauteilen zu drucken. Hierbei kam das sogenannte "Selective Laser Melting" (SLM) zum Einsatz. Dies ist eine Druckmethode, bei der sehr feines Metallpulver selektiv per Laserstrahl aufgeschmolzen, Schicht für Schicht auf eine Basis aufgetragen wird, und anschließend erstarrt. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das gewünschte Objekt fertig ist. "Dank diesem Verfahren müssen weniger Einzelteile und Segmente verschraubt werden", verdeutlicht Brandt die Vorteile. Dies mache die EBA unkomplizierter – da keine Laschen und Löcher eingebaut werden müssen –, andererseits verringere sich somit die Anfälligkeit für Verschleiß. Im zweiten und letzten Schritt wurde das Testobjekt mit dem ITS-Wachs befüllt und einer Versuchsreihe unterzogen. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich das Wachs wie erwartet verhält und zum erhofften Schutz vor den besonders hohen und niedrigen Temperaturen des Alls beitragen kann.
Zukunftsweisende Arbeit
Mit seiner Bachelorarbeit über die Eignung der von Prof. Czupalla entwickelten ITS-Methode in 3D-gedruckten Bauteilen gelang Hannes Brandt nicht nur ein erster erfolgreicher Anwendungstest des neuen Materials. Vielmehr zeigen seine Ergebnisse, dass moderne 3D-Drucker in Zukunft eine wichtige Rolle in der Raumfahrt spielen könnten: "Die Raumfahrtbranche wird sicher immer mehr in 3D-Drucker investieren", vermutet Brandt, "da die Drucker in der Lage sind, die verschiedensten Bauteile herzustellen und daher vielfältig eingesetzt werden können." Ein weiterer Vorteil ist, dass komplizierte Geräte nicht von der Erde mit ins All genommen werden müssen, sondern mithilfe von 3D-Druckern am Ort ihres Einsatzes gefertigt werden können.
Für diese Vielfalt interessiert sich natürlich auch die Wirtschaft. So stellte Hannes Brandt die Ergebnisse seiner Bachelorarbeit auf der diesjährigen AMA-Conference – bei der neue Entwicklungen im 3D-Druck und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Luft- und Raumfahrt präsentiert wurden – vor. "Obwohl ich ja mittlerweile meinen Master absolviere, wird mich das Projekt wohl auch in Zukunft immer mal wieder beschäftigen", freut sich Hannes Brandt.
