Orbex druckt Raketentriebwerk mit SLM-Technik

Das Raketentriebwerk ist das nach eigenen Angaben bislang größte, das per 3D-Druck in einem Stück produziert wurde.

11. Februar 2019
Orbex druckt Raketentriebwerk mit SLM-Technik
Die schnellen Iterationszeiten des SLM Prozesses führten zu Kosteneinsparung von 90 Prozent in der Bearbeitungszeit sowie von über 50 Prozent im Vergleich zur traditionellen CNC-Bearbeitung. (Bild: SLM Solutions)

Das im Jahr 2015 gegründete britische Unternehmen Orbex entwickelt Trägerraketen, um Kleinsatelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen. Bei der Eröffnung des neuen Hauptsitzes in Forres, Schottland, stellte das Unternehmen seine Rakete Prime vor. Sie soll ab 2021 Kleinsatelliten in die Erdumlaufbahn befördern. Stolz ist das Unternehmen besonders auf den Motor der Prime: Er kommt aus dem 3D-Drucker und wurde dort in einem Stück hergestellt. Das mache ihn weniger fehleranfällig als konventionell hergestellte Motoren, heißt es, weil Schwachstellen wie Verbindungen und Schweißnähte fehlten. Die CO2-Emissionen der Rakete konnten durch Verwendung von zu 100 Prozent erneuerbaren Kraftstoffen um 90 Prozent reduziert werden, heißt es. Zudem verfügt sie über eine Zero-Shock Stufentrennung sowie Nutzlasttrennung, wodurch nach eigenen Angaben Weltraumschrott verhindert wird. Das Design des Bauteils wurde für den 3D-Druck-Prozess optimiert, es ist dadurch 30 Prozent leichter und 20 Prozent effizienter als bei ähnlichen Trägerraketen.

Anpassung des Designs für die Selective Laser Melting Technologie

Die Luft- und Raumfahrtingenieure von Orbex arbeiteten eng mit den Applikationsingenieuren von SLM Solutions am Hauptsitz in Lübeck zusammen, um eine optimale Anpassung des Designs für die Selective Laser Melting Technologie sicherzustellen.

Lukas Pankiewicz, Applikationsspezialist bei SLM Solutions, leitete das interne Beratungsteam am Hauptsitz in Lübeck, um einen Parametersatz für die spezielle Geometrie zu entwickeln. In enger Zusammenarbeit mit dem Konstruktionsteam von Orbex beriet Pankiewicz über die verschiedenen Konstruktionsmerkmale und Ausrichtungsmöglichkeiten und stellte sicher, dass das Bauteil mit den erforderlichen Materialeigenschaften und der erforderlichen Maßgenauigkeit gefertigt wurde.

»Unser Ziel während des Prozesses war es, die Qualitätserwartungen an das Bauteil zu erfüllen, die Funktionalität beizubehalten und es für die additive Fertigung aufzubereiten. Jede einzelne bei der Datenaufbereitung verwendete Stützstruktur wurde bei der Datenvorbereitung individuell angepasst, um die beste Qualität in jedem Abschnitt des Antriebs zu erzielen, auch unter Berücksichtigung des Nachbearbeitungsprozesses«.

Die SLM 800 verfügt über ein 280x500 Millimeter großes Pulverbett, in dem Bauteile mit einer Höhe von 850 mm hergestellt werden können. Der Prime Raketenantrieb konnte somit in einer speziellen Nickellegierung in nur einem Stück gefertigt werden. Der SLM Hub, die automatisierte Auspackstation für die SLM 800, ermöglicht ein kontaktloses Pulverhandling sowie eine automatisierte Förderung im Bauraum, um das gefertigte Bauteil in eine Entpackstation zu übergeben. Dort wird durch Vibration und Rotation Pulver entfernt. Pankiewicz stellte sicher, dass der Aufbau des Bauteils eine optimale Pulverentfernung ermöglichte. Durch integrierte zweckgebundene Zuführkanäle konnte bei gleichzeitig geringem Materialverlust so viel Pulver wie möglich aus dem Bauteil entfernt werden. Zusammen mit dem Raketenantrieb gebaute Referenzproben analysierte das SLM Solutions Team anschließend im Qualitätslabor. Porositätsniveau und Verteilung erfüllten nachweislich die Qualitätskriterien. Die schnellen Iterationszeiten des SLM Prozesses führten zudem zu Zeit- und Kosteneinsparungen: Erreicht wurden nach eigenen Angaben Kosteneinsparung von 90% in der Bearbeitungszeit sowie von über 50% im Vergleich zur traditionellen CNC-Bearbeitung.

Ein Paradigmenwechsel ist nötig

Dr. Axel Schulz, Chief Sales Officer bei SLM Solutions sagt: »Mitglieder unseres Teams haben entscheidend dazu beigetragen, die Selective Laser Melting Technolgie zu entwickeln. Der Erfolg der Technologie ist unser Ziel – das bedeutet nicht nur SLM Maschinen zu verkaufen – ein Paradigmenwechsel wird benötigt, damit Kunden im gesamten Prozess erfolgreich sind. SLM Solutions beriet Orbex, wie die SLM Technologie am besten genutzt werden kann und übertrug Wissen, um eine erfolgreiche Implementierung während der Produktionslaufphase sicherzustellen«.

„Es ist ein Traum jedes Ingenieurs, eine Rakete zu bauen.“

— Lukas Pankiewicz, Applikationsspezialist bei SLM Solutions

Jonas Bjarnoe, Chief Technology Officer bei Orbex, fügt hinzu: »Das SLM Solutions Team zeigte in unserem Projekt echtes Engagement und fundiertes Fachwissen. Ich freue mich auf die Fortsetzung dieser Zusammenarbeit im Jahr 2019 und darüber hinaus. Orbex und SLM Solutions haben einige wichtige Puzzleteile gelöst, die die Raumfahrtindustrie verändern werden.“ Pankiewicz ergänzt: „Ich denke, es ist ein Traum jedes Ingenieurs, eine Rakete zu bauen, und ich fühle mich geehrt, Teil des Projektes von SLM Solutions und Orbex zu sein«.

Förderungen in Höhe von 30 Millionen Pfund

Orbex hat für dieses Projekt durch öffentliche und private Förderungen 30 Millionen Pfund erhalten. Zu den Geldgebern gehören beispielsweise die britische Weltraumbehörde, die Risikokapitalgesellschaften Sunstone Technology Ventures sowie der High-Tech Gründerfonds. Zudem konnte das Unternehmen zahlreiche Spitzenentwickler von führenden Raumfahrtorganisationen wie NASA, ESA und Ariane für sich gewinnen.