Additiv gefertigte Drohne besteht Feuertaufe

Sintratec: Warmfeste Kunststoffe Additiv gefertigte Drohne besteht Feuertaufe

22.05.2023 Von Lesedauer: 2 min

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Das Laboratory of Sustainability Robotics der Empa entwickelt eine spezielle Drohne für den Feuerwehreinsatz. Aus spezifisch leichten, stabilen und temperaturbeständigen Werkstoffen werden dafür Bauteile generativ gefertigt.

Gegen offene Feuer beständig: Dank leichter und hoch wärmebeständiger, von den Spezialisten der Empa entwickelter Kunststoffe können künftig Dronen bei Bränden die Feuerwehr unterstützen, Brandherde zu erkunden.
(Bild: Empa)

Als interdisziplinäres Forschungsinstitut entwickelt die Empa, Eidgenössische Material-Prüfanstalt, nachhaltige und resiliente Lösungen, weg von der Wegwerfgesellschaft hin zur Kreislaufwirtschaft. Die Abteilung Laboratory of Sustainability Robotics fokussiert in einem aktuellen Projekt auf Flugroboter-Plattformen.

Drohnen für Einsatz bei Bränden

«Täglich begeben sich Feuerwehrleute im Einsatz in meist unbekannten Geländen in Lebensgefahr», sagt David Häusermann. Dazu hat der Entwicklungsingenieur mit seinem Team während rund sechs Monaten eine Feuerdrohne entwickelt, konstruiert und getestet. Diese soll aus sicherer Entfernung als Aufklärungsequipment dabei unterstützen, sich wortwörtlich ein Bild von der Gefahrenseite machen zu können – mittels Infrarotsensor sowie einer herkömmlichen RGB-Kamera. So können im Einsatz das Risiko minimiert und die Effizienz gesteigert werden.

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Ausgesuchte Werkstoffe und Fertigungsverfahren: Die für den Einsatz bei Feuerwehren konstruierte Drohne muss gegen Wärme bis 200 °C temperaturbeständig sein.

Stabil und wärmebeständig: Stützstrukturen für das  Hitzeschild der Drohne werden aus Polyamid PA12 im Lasersinter-Verfahren additiv gefertigt.

Flexibel: Eine Vielzahl unterschiedlicher, individuell angepasster Stützstrukturen können schnell und einfach mit dem Verfahren Lasersintern generativ gefertigt werden.

Extremer Wärme trotzen

Herkömmliche Drohnen sind für die Anwendung an extremen Hitzequellen nicht geeignet, da die eingebauten Komponenten sehr schnell schmelzen oder gar brennen können. «Für unseren Prototypen der Feuerdrohne mussten wir nach speziellen Werkstoffen suchen, die hohen Temperaturen bis zu 200 °C trotzen können», betont David Häusermann. In Kooperation mit Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftlern der Empa wurde dazu ein Hitzeschild aus Polyimid entwickelt, um die interne Elektronik der Drohne zu schützen.

Zu heiss für 3D-Druck mit Filament

In der Entwicklungsphase fanden auch additive Fertigungsverfahren wie FFF (Fused Filament Fabrication) ihren Einsatz, da diese eine grosse Konstruktionsfreiheit bieten. Die so gefertigten Bauteile mussten im späteren Entwicklungsstadium jedoch durch lasergesinterte (SLS-Verfahren) Elemente aus Polyamid PA12 ausgetauscht werden, da diese eine höhere Genauigkeit, Materialgüte und Temperaturresistenz aufweisen. Die Technologie Lasersintern bietet im Vergleich zum Verfahren FFF den zusätzlichen Vorteil, gänzlich auf Supportstrukturen beim Druck verzichten zu können.

Mit Laser gesinterte Bauteile überzeugen

Die vom Spezialisten für 3D-Druck Sintratec hergestellten Bauteile wurden unter anderem für die Montagerahmen des Hitzeschilds, für Befestigungen für Elektronikkomponenten, für Klemmen der Rotorarme und für die Getriebegehäuse eingesetzt. «Die Bauteile, die Sintratec uns zur Verfügung gestellt hat, erfüllen alle unsere Projektanforderungen und reagieren im Test unter realen Bedingungen wie erwartet», erklärt David Häusermann begeistert. Für den Ingenieur ist klar: «Die Technologie Lasersintern und die hervorragenden Werkstoffeigenschaften eignen sich perfekt für den Bau von Drohnen – auch in zukünftigen Projekten werde ich diese Technologie anwenden.» - kmu - SMM

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