Additive Fertigung in der Raumfahrt

Triebwerk für Ariane-6-Rakete aus dem 3D-Drucker?

| Redakteur: Simone Käfer

Das Triebwerk Berta wurde vom DLR additiv gefertigt. Nun hat es erste Test bestanden.
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Das Triebwerk Berta wurde vom DLR additiv gefertigt. Nun hat es erste Test bestanden. (Bild: © ArianeGroup Holding, Jürgen Dannenberg/ Alpensektor)

Das erste additiv gefertigte europäische Raketentriebwerk wurde getestet. Auch für Ariane 6 sollen Triebwerke aus dem 3D-Drucker kommen.

Am Prüfstand P8 in Lampoldshausen hat das Berta-Triebwerk erfolgreich seinen ersten Testlauf absolviert. Das Besondere an Berta (Biergoler Raumtransportantrieb) ist ihre Entstehung: Das Triebwerk wurde Ende 2018 vollständig additiv gefertigt. Für einen Referenzschub von 2,45 kN ausgelegt, konnte Berta für 560 s am Prüfstand getestet werden, meldet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). „Ziele der aktuellen Tests sind, das Strömungsverhalten und den Wärmeübergang bei gedruckten Oberflächen zu untersuchen”, erläutert Gerd Brümmer, DLR-Ingenieur und Leiter des Prüfstands P8. Lysan Pfützenreuter, Projektleiterin beim DLR Raumfahrtmanagement, fügt an: „Mit dem erfolgreichen Nachweis der Technologie wird ein wichtiger Schritt in Richtung einer verbesserten Wettbewerbsfähigkeit europäischer Trägersysteme gegangen.”

Berta ist für den Betrieb mit lagerfähigen Treibstoffen ausgelegt. Das bedeutet, dass die Treibstoffe bei Raumtemperatur gelagert werden können. Triebwerke dieser Art können sehr zuverlässig und mehrfach gezündet werden und eignen sich somit für längere Missionen. Damit kann dieses Triebwerk nicht nur für den erdnahen Bereich auf kleinen bis mittleren Raketen eingesetzt werden, sondern auch für Missionen über den Erdorbit hinaus. Übliche lagerfähige Treibstoffe sind jedoch hochgiftig. Für die Testläufe im Prüfstand werden daher kryogene Treibstoffe verwendet.

Additiven Fertigung für die Herstellung von Triebwerken

Der 3D-Druck liefert für den Triebwerksbau verschiedene Vorteile. So lassen sich die Produktionszeiten signifikant verringern. Derzeit werden zum Beispiel Brennkammern in Europa zuerst gegossen und geschmiedet. Dann werden Kühlkanäle ausgefräst, die dann mittels galvanischer Prozesse abgedeckt werden. Übliche Lieferzeiten betragen bis zu eineinhalb Jahre. Mittels additiver Fertigung dagegen können vollständige Triebwerke innerhalb weniger Wochen geliefert werden. Im Fall Bertas wurden im 3D-Druck-Verfahren sowohl der Einspritzkopf, er besteht aus einer korrosionsbeständige Nickelbasislegierung, wie auch die Brennkammer aus Edelstahl durch selektives Laserschmelzen hergestellt. Durch den Einsatz eines Lasers wurde das finale Bauteil schichtweise durch Aufschmelzen des Werkstoffes in Pulverform auf einer Grundplatte aufgebracht.

Im 3D-Druck-Verfahren sind zudem komplexere Strukturen möglich, die sich in konventionellen Verfahren nicht herstellen lassen. So enthält Berta ein komplexes Design für die Kühlkanäle, das ein verbessertes Kühlverhalten der Brennkammer sicherstellen soll. Durch die verbesserte Kühlung können Brennkammern zukünftig kompakter gebaut werden, was Material einspart.

Entwickelt wurde das Triebwerk im Rahmen der Forschungen für zukünftige europäische Trägersysteme (Future Launcher Preparatory Programme/FLPP) der ESA. Die Testkampagne wird noch vier Wochen andauern und die Ergebnisse werden auch in weitere Vorhaben der ESA einfliessen. So sollen 3D-Druck-Verfahren für Weiterentwicklungen der Ariane-6-Triebwerke Vinci und Vulcain eingesetzt werden.

Dieser Beitrag ist zuerst auf unserem Partnerportal maschinenmarkt.vogel.de erschienen.

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