3D-Drucker in der Raumfahrt

In letzter Zeit gibt es öfters Meldungen über neue 3D-Drucktechniken und deren Anwendung. Eine davon ist in der Raumfahrt. Dies kann man hier besprechen. Es gibt bereits zwei Meldungen auf Raumfahrer.net:

"3D-Drucker kurz vor Zulassung für die ISS"
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/16082013190924.shtml

"Astronautennahrung aus dem 3D-Drucker"
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/06082013000833.shtml

Zudem gab es weitere Meldungen von den Raumfahrtbehörden ESA und NASA

"ESA testet 3D-Drucker für den Bau einer Mondbasis"
http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/ESA_testet_3D-Drucker_fuer_den_Bau_einer_Mondbasis

"NASA's Space Launch System Using Futuristic Technology to Build the Next Generation of Rockets"
http://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/selective_melting.html

"Hot-Fire Tests Show 3-D Printed Rocket Parts Rival Traditionally Manufactured Parts"
http://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/3dprinting.html

Gleich zu meiner Meinung. Die 3D-Drucktechnik wird nicht nur auf die Wirtschaft auf der Erde einen riesigen Einfluss nehmen, sondern auch in der Raumfahrt viele Dinge ermöglichen. Sei es das Drucken von Essen, Ersatzteilen oder gar von ganzen Gitterstrukturen. Mann muss nur noch die Rohmaterialien in Form von Pulver oder Flüssigkeit hochbringen und sie werden dort zusammengesetzt. Dies spart viel Platz und damit auch Energie. Auch Technologisch sind 3D-Drucker hochinteressant, da nun Teile fabriziert werden können, die durch konventionelle Metallbearbeitungsmethoden nicht erreicht werden können. Natürlich gibt es auch hier deutliche Material- und damit Gewichts- und Energieeinsparungen.

http://hci.rwth-aachen.de/tiki-download_wiki_attachment.php?attId=1882

Dieser Bericht fasst den derzeitigen technischen Stand imo. gut zusammen.

Die Auswirkungen sind allerdings immer noch umstritten, wie dieser Artikel beschreibt.

http://www.heise.de/tr/artikel/3D-Druck-Mehr-als-nur-ein-Hype-1740518.html

Man muß hier denke ich auch noch etwas abwarten. Denkt nur an den Stand der Digitalfotographie kurz vor der Jahrtausendwende. Heute kann jedes Smartphone bessere Fotos als eine traditionelle Kamera machen.

Ach noch etwas:

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=11537.msg247122#msg247122

Diese 3D Druck Variante will Deep Space Industries für ihre Mikrogravitationgießerei verwenden. Hier wird allerdings kein Pulver sondern auf Nickel basierendes Gas verwendet. Ebenfalls interessant.

Addetive Herrstellung kann zweifels ohne die Industrie, Wirtschafft und unserr Leben revolutionisieren. Vor allem wenn man Dinosaurier, wie das Patent Recht endlich reformiert oder überwindet.

Die digitale Photigraphie ist eine schöne Anologie, genau wie der PC z.B. ..Kriticker, die das für ein Hype halten erinnern mich an Ausagen wie diese.

"Ich glaube an das Pferd. Das Automobil ist nur eine vorübergehende Erscheinung."

- Kaiser Wilhelm II. (1859-1941)

"Das Telefon hat zu viele ernsthaft zu bedenkende Mängel für ein Kommunikationsmittel. Das Gerät ist von Natur aus von keinem Wert für
uns."
Western Union, Interne Kurzinformation, 1876

Es gibt tausende solcher Zitate. 

...Vor allem wenn man Dinosaurier, wie das Patent Recht endlich reformiert oder überwindet...

Hallo LOXRP1, ich bin kein Patentexperte und habe noch relativ wenig Erfahrung in dem Umgang damit. Doch das Wenige was ich gesehen habe suggeriert, dass davor viel zu viel Angs verbreitet ist, die nicht so richtig rational zu verstehen ist.

Wenn ein Patent besteht, bedeutet es nicht, dass die Patentgebühren fest stehen. Es ist eine Verhandlungssache, unter welchen Bedingungen die patentgeschützte Ideen ihren Umsatz finden. Gier gibt es auf beiden Seiten des Patents. Und eine nicht zu Stande kommende Einigung bei gleichzeitig passivem Patent kann man unterschiedlich werten. Darunter auch als ein Misslingen der Verhandelnden. Ich vermisse oft den Wunsch zum "Teilen". Eine "schaufelnde" Mentalität war der Grund für die Einführung der Patente. Doch im gewissen Sinne kann man diese Einstellung in vielen Fällen auch der anderen Seite vorwerfen.

Wenn man des Willens  ist, so ist auf einem oder anderem Weg nichts dagegen zu unternehmen, dass eine Idee ihren Weg finden wird. Dass eine oder andere Seite vor einem gesprungenen Waschtopf stehen bleibt, ist oft ihre eigene Schuld. Zum Umsetzen einer "guten" Idee gehöhrt nun mal deutlich mehr an Fähigkeiten und Ressourcen als ein Einziger heute in der Lage ist zu gewähren.

P.S. es gibt übrigens Patentberatungsstellen, falls Einer interessiert ist. Meistens exsistiert eine kostenlose Beratung zu bestimten Sprechzeiten.

Nachtrag: ich habe mein Text ein Wenig korregiert und hoffe nun, dass es meinen Gedanken etwas besser wiedergbt. Manchmal überlegt man in einer Sprache, tippt in der Anderen und liest beim Korregieren eine Dritte

Patente sind immer so eine Sache. Vor dem ersten Weltkrieg waren in einigen europäischen Ländern wie den Niederlanden und der Schweiz Patente verpönt.

Der Grund: Es wären "künstliche Monopole", welche gegen die Prinzpien des freien Handels verstossen würden. Heute sieht man das natürlich anders.

Allerdings ist hat der alte Einwand durchaus noch etwas für sich, wenn man so was wie das hier liest.

..Wenn ein Patent besteht, bedeutet es nicht, dass die Patentgebühren fest stehen. Es ist eine Verhandlungssache, unter welchen Bedingungen die patentgeschützte Ideen ihren Umsatz finden...

Da liegt ein eins der Kernproblem, wie ich zumindest finde. Von Patenten profitieren vor allem große Konzerne, welche oft auf Patenten sitzt, die sie selbst nicht umsetzen aber andren das Leben schwer machen.

@Haus Atreides

Ich muss mich der Kritik der alten Schweizer anschließen 

Was ich wegweisender finde ist so was wie die open source Bewegung in der Software bzw. GNU.

Ich gelobe mich mit OT in Zukunft zurückzuhalten. 

LOXRP1, bevor du das Patentrecht als "Dinosaurier" bezeichnest und den 3D-Drucker hochleben lässt, mit dem jeder zu Hause (bzw. in der eigenen Fabrik) alles nachbauen kann, versetz dich doch einmal kurz in die Situation von Menschen, die lange an etwas getüftelt haben, aber kein Geld für eine Umsetzung haben. Wie würdest du dich fühlen, wenn du dein Herzblut in eine Sache gesteckt hast und es jetzt jeder baut, ohne dass du davon profitierst? Würdest du es dann nicht als "Diebstahl geistigen Eigentums" ansehen und dir wirksame Patentgesetze wünschen?

LOXRP1, bevor du das Patentrecht als "Dinosaurier" bezeichnest und den 3D-Drucker hochleben lässt, mit dem jeder zu Hause (bzw. in der eigenen Fabrik) alles nachbauen kann, versetz dich doch einmal kurz in die Situation von Menschen, die lange an etwas getüftelt haben, aber kein Geld für eine Umsetzung haben. Wie würdest du dich fühlen, wenn du dein Herzblut in eine Sache gesteckt hast und es jetzt jeder baut, ohne dass du davon profitierst? Würdest du es dann nicht als "Diebstahl geistigen Eigentums" ansehen und dir wirksame Patentgesetze wünschen?

Sie haben Post und ja ich habe an solche Menschen gedacht, sowie an andre Lösungen.

Öhm... ich glaube wir schweifen ein wenig ab?

Die NASA hat das bislang größte mit 3D-Druck erzeugte Bauteil eines Raketentriebwerks erfolgreich getestet. Es handelt es sich um einen Einspritzer, der für deutlich mehr Schubkraft als die bislang gedruckten Vorgänger gut ist, hergestellt durch Laserschmelzen von Nickel-Chrom Pulver.

ws

Quelle: http://www.heise.de/newsticker/meldung/Bislang-groesste-Raketenkomponente-aus-3D-Drucker-erfolgreich-getestet-1944273.html

Hallo,
im JPL wurde eine neue Methode entwickelt, Metalle in einem 3D-Drucker zu drucken. Bei der neuen Methode können die Metalle während des druckens gewechselt werden. So können Metalle entstehen, die z.b. auf den gegenüberliegenden Enden ganz unterschiedliche Eigenschaften haben. Das kann ganz neue Möglichkeiten in der Materialforschung und auch für Anwendungen in der Raumfahrt haben...

Da ich selber nicht von der technischen Schiene komme, halte ich mich an der Stelle mit weiteren Übersetzungen zurück 
Hier der Link zur Meldung des JPL:
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-247

Ich habe auch die von den Wissenschaftlern dazu veröffentlichte Arbeit in "Scientific Reports" mit dem Namen "Developing Gradient Metal Alloys through Radial Deposition Additive Manufacturing" herausgesucht:
http://www.nature.com/srep/2014/140619/srep05357/full/srep05357.html

VG, firelion

Lockheed hat hohe Ziele im 3D-Druck:
http://m.aviationweek.com/awin-only/lockheed-martin-testing-3-d-printed-subsystems-a2100-space-bus

"But my goal is to have over 50% of the structures 3-D-printed within two to three years," Ambrose said in an interview on the sidelines of the Farnborough air show here.

Der Satellitenbus soll zu 50% 3D gedruckt sein in 2-3 Jahren.

For now, the A2100 propulsion system is the primary focus of the company’s additive manufacturing efforts, which aim to reduce production of fuel tanks from 18 months to a matter of weeks.

Treibstofftanks sollen jetzt in Wochen anstatt 18 Monaten hergestellt werden.

To that end, Ambrose says, Lockheed Martin expects to almost halve the length of time necessary to build complex military satellite systems, which take up to eight years on average.

Die Zeit einen neuen Spionagesatellit zu bauen, soll bald nur noch 4 anstatt 8 Jahren sein.

In the meantime, one of the biggest challenges companies face is the cost to replace printing hardware, which can become obsolete within a year of purchase. Another obstacle is training engineers to design hardware with additive manufacturing in mind.

Tja die 3D-Drucker-Hardware frisch gekauft und schon veraltet! Kommt mir aus der Elektronikindustrie bekannt vor!

Ich hoffe in Europa weiß man wenigstens einmal die Zeichen der Zeit zu erkennen und vermasselt es nicht wieder - Stichwort all-elektrische Satelliten oder SpaceX. 

Derzeit wir das eher von mittelständischen Unternehmen gemacht, sowohl was Auftragsproduktion betrifft wie die Hersteller selber.
Bei Großunternehmen sind wir zwar teils gut aufgestellt (z.B. Automobil), aber im Mittelstand denke ich erheblich besser.
Ich denke da gibts kaum Länder die uns in der Produktbreite und Tiefe das Wasser reichen können.
Sobald aber sehr große Investitionen benötigt werden, z.B. wie für Teslar, SpaceX und andere, verlässt hierzulande die Firmen  schnell der Mut und oft auch das Geld.
Das hat viel mit unserm Steuersystem zu tun, das es für Firmen nur sehr schwer macht freie Mittel nicht sofort im hohen Maß dem Steuersystem zu opfern.

...
Ich hoffe in Europa weiß man wenigstens einmal die Zeichen der Zeit zu erkennen und vermasselt es nicht wieder - Stichwort all-elektrische Satelliten oder SpaceX. 

Europa ist nicht blind ...

ESA hält demnächst einen Technologieworkshop, um das europäische Feld für die Raumfahrt abzustecken:
http://www.congrexprojects.com/14C22

Hier ein Beitrag zum Stahl 3D-Druck.
http://www.chip.de/news/Fuer-Industriezwecke-Roboter-druckt-mit-Stahl_72211209.html
Ich denke das wird immer besser, nicht nur, aber auch im Hinblick auf die Raumfahrt und möglicher Marsbesiedelungen.

Und noch ein Beitrag zu den Entwicklungen bei Aerojet Rocketdyne:
http://www.spaceflightinsider.com/organizations/nasa/sparks-fly-nasa-pushes-limits-3-d-printing-technology/

Dort wurden nun mit Hilfe der Technologie zwei Injektoren gefertigt und 5s lang getestet (siehe Video).  Im Artikel wird auch etwas angesprochen, von dem ich bisher noch nirgendwo gehört hatte, nämlich dass SpaceX bereits im Januar diesen Jahres erfolgreich zum ersten mal mit einem 3D-gedruckten MOV (Main Oxidizer Valve) in einem der neun Merlins der ersten Stufe geflogen war. Es sind nicht zuletzt eben diese Kleinigkeiten (von denen man meist ja nichts mitbekommt), die einem immer wieder den Drang nach Innovation bei SpaceX vor Augen führen.

Das kann doch nicht sein!
Bin eben aufgrund eines Artikels zu CRS-4 ins Grübeln gekommen: Welche Materialien soll eigentlich der zu liefernde 3D-Drucker für die ISS verarbeiten können? Das Teil wird ja manchenorts als die Antwort aller Nachschubprobleme angepriesen.
Einfache Thermoplaste? Hochleistungskunststoffe wie PEEK und Teflon? Keramiken und Metalle? Epoxidharze? Eventuell sogar funktionelle gefüllte Polymere?
Die individuellen Anforderungen an die Hardware dürfte einen Tausendsassa ausschließen, denn Thermoplaste und Epoxide (noch recht einfach), Keramiken und Metalle (Laser), Hochleistungskunststoffe (exakt temperierbare Hochtemperatureinheit) und gefüllte Polymere (u.a. Extruder) haben sehr unterschiedliche Hardware-Anforderungen.

Auf der Seite von Made in Space habe ich dazu leider nichts (!) gefunden und selbst der letztjährige Portalbeitrag hier sah sich nicht veranlasst die Materialfrage zu stellen.
Wenn ich die Aufnahme zum Drucker anschaue, schwant mir nichts Gutes! Ist das einfach nur ein Inkjet-Printer für Flüssigpolymere oder gar Heisswachs? Alleine Keramiken und Metalle kann man wohl ausschließen, denn wie will ich die Pulverschichten vor dem Sintern in Schwerelosigkeit abscheiden?
Was bringt es mir wenn mir eine (gerne auch elektrisch leitende) Metallspitze irgendwo abbricht und ich dafür ein thermisch und mechanisch sehr limitiertes und nicht leitfähiges Bauteil aus Kunstoff bekomme?
Weiß da jemand mehr was die Materialpalette des Druckers angeht?

Lasersintern dürfte in der Schwerelosikeit schwierig werden. Für diesen Einsatz dürfte dann wohl eher das Laserauftragsschweisen in Frage kommen. Eine relitiv neue Entwicklung ist das hier: ws

Ich lasse mich da gerne widerlegen, aber auch diese Technologie verwendet zumindest im Video sehr wahrscheinlich Metallpulver. Da man kein zugeführtes Material in Draht- oder Bandform sieht, wird hier mit hoher Wahrscheinlichkeit in einem Inertgas (z.B. Stickstoff) das Metallpulver in den Laserstrahl geführt, dort aufgeschmolzen und lokal die Struktur aufgebaut. Man kann auch bei 0:07 des Videos die Medienzufuhr schon erkennen. Die Technologie heißt im Englischen Cladding (zumindest im Metallbau, denn in der Mikrooptik ist damit was vollkommen anderes gemeint....)

Wie bereits gesagt: (Metall-)Pulver in Schwerelosigkeit ist keine triviale Angelegenheit. Da sicher nicht 100% des Pulvers umgesetzt werden kann, dürfte das verbleibende Pulver sich auf der Erde durch die Schwerkraft schnell wieder absetzen. Auf der ISS müsste die Box schon über eine sehr gute Absaugung verfügen, aber bei der ersten größeren Fehlfunktion habe ich elektrisch leitfähiges Pulver mit Partikelgrößen im Mikrometerbereich herumschweben. Keine gute Idee dort oben...

Bei der NASA gibt es Untersuchungen mittels kleinen Zentrifugen Beschleunigung (Schwerkraft) zu erzeugen.
Das macht zwar für die derzeitigen Module wenig sinn, aber ein SLS oder eine zukünftige Falcon XX (10m core), könnte Zylinder von 15m und mehr in all bringen, mit 7m Radius langt das dann schon um sowas einzubauen. Auf der einen Seite wird kunstvoll Gedruckt, auf der andern Seite ausgedrückt! (uff, mach mal das Fenster auf der 3D druck stinkt!!!

Hallo,

Bin eben aufgrund eines Artikels zu CRS-4 ins Grübeln gekommen: Welche Materialien soll eigentlich der zu liefernde 3D-Drucker für die ISS verarbeiten können? Das Teil wird ja manchenorts als die Antwort aller Nachschubprobleme angepriesen.

es geht doch bei dem Gerät von Made in Space zunächst um eine Demonstration, ob man in der Schwerelosigkeit überhaupt genaue 3D-Drucke herstellen kann. Ich selber kenne mich da nicht aus (Du bist da viel besser informiert), aber ich hatte mal ein Video auf golem.de oder so gesehen, in dem auf der Erde einfach mal 3D-Drucker getestet worden sind. Da waren die Ergebnisse ja schon total unterschiedlich (das war zwar auch auf erste Modelle für den privaten Einsatz gemünzt, aber das ist ja erstmal egal). Mal ganz einfach gesprochen: Ich hätte mir da die Unterschiede zwischen 2 unterschiedlichen 3D-Druckern nicht so gravierend vorgestellt. Da ist das ja klar, dass man die Funktionalität zunächst mit minimalen Anforderungen testet.

Aus der Beschreibung von der NASA Seite geht hervor, dass es sich dabei zunächst nur um das Verhalten von Thermoplaste handelt!

A detailed analysis of how acrylonitrile butadiene styrene (ABS) thermoplastic resin behaves in microgravity

vgl.: http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1115.html

Es werden die Teststücke ja dann auch wieder zurück zur Erde gebracht und mit auf der Erde erstellten Modellen verglichen. Erst danach wird ein einsatzfähiger 3D-Drucker (AMF) für den permanenenten Einsatz zur ISS gebracht. Da werden dann die Ergebnisse dieses Tests auch einfließen... Interessant wäre, was der dann irgendwann mal kann. Aber die Entwicklungen überschlagen sich in dem Bereich im Moment ja regelrecht. Ob es da mal einen Standard gibt, zumal noch unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit? Vielleicht gibt es da ja auch später mal mehrere, ganz unterschiedliche 3D-Drucker an Bord??? Erstmal anfangen, dann sehen wir weiter! Du solltest also von dem Gerät, welches mit CRS-4 zur ISS geliefert wird, noch nicht zu viel erwarten!
VG, firelion

Hallo,
die Nomenklatur ist bei 3D Druck / additive Fertigung nicht immer ganz eindeutig, da aber von 3D printing die Rede ist würde ich auf die FDM Technologie tippen (http://de.wikipedia.org/wiki/Fused_Deposition_Modeling) also so wie die ganzen Heimwerker 3D Drucker. Da werden im allgemeinen thermoplastische Kunststoffe eingesetzt (z.B. PLA/ABS in Heimdruckern) es gibt Entwicklungen auch Metalle einzusetzen aber ich weiß nicht wie weit das ist.
Die ganze Konstruktion sieht jedenfalls nicht nach Pulverhandlinggeeignet aus.
Ich habe mal ein Paper von der Firma gesehen, ich schau die Tage mal nach, vielleicht finde ich das wieder und kann´s genau beantworten

(uff, mach mal das Fenster auf der 3D druck stinkt!!!

Nette Vorstellung... , dabei fällt mir gleich noch ein weiteres schwer zu erfüllendes Kriterium für den Made in Space-Drucker ein: Brandsicherheit und Rauchentwicklung. Hohe Temperaturen wird's da sicher keine geben.
So langsam kann ich mir gar nicht mehr vorstellen, was die da abscheiden wollen....

...es geht doch bei dem Gerät von Made in Space zunächst um eine Demonstration...Du solltest also von dem Gerät, welches mit CRS-4 zur ISS geliefert wird, noch nicht zu viel erwarten.

Keine Bange, tu ich nicht. Aber in einigen Pressemeldungen wird da wieder so was von übetrieben....und Astronaut X zitiert, der beim letzten Mal Teil Y kaputt gemacht hat und dann auf das nächste Shuttle warten musste und man war das schlimm....daher käme die Technologie gerade recht.

Da werden im allgemeinen thermoplastische Kunststoffe eingesetzt (z.B. PLA/ABS in Heimdruckern)...

Genau in die Richtung geht auch meine Überlegung. Für ABS braucht's auch keine hohen Temperaturen. Nur wieso kann man dazu so wenig auf der Unternehmensseite nachlesen?

...vielleicht finde ich das wieder und kann´s genau beantworten

Wäre schön.

Ich kenne eine Firma im Osten von München, die macht 3D-Druck auf Kundenwunsch mittels einer Flüssigkeit oder Pulver.
Pulver geht vermutlich nie ohne Schwerkraft (Fliehkraft) und bei der Flüssigkeit vielleicht schon eher.
Die Vorteile sind aber immens, vielleicht geht das ja auch dadurch das man sowas in einer keinen Zentrifuge aufhängt, sozusagen ne Waschmachinenlösung.