Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) setzt FDM-3D-Drucktechnologien von Stratasys für die Herstellung eines TransRoPorters-Prototypen für unbemannte Marsmissionen ein.
TransRoPorter
Der TransRoPorter (TRP), gebaut am Institut für Robotik und Mechatronik, soll als Erkundungsroboter für unbemannte Flüge zum Mars eingesetzt werden. Die erfolgreiche Erforschung des Mars setzt Design und Funktionalität des Roboters als oberste Kriterien für den Erfolg der Mission vorraus. Das Forschungsteam verwendete einen Stratasys Fortus 900mc Produktions 3D-Drucker, um einen voll funktionsfähigen Prototypen zu bauen. Das führt nicht nur zu Zeitersparnissen in der Herstellung im Vergleich zu traditionellen Methoden, sondern ermöglicht dem Zentrum das Design und die Funktionalität unter simulierten extremen Bedingungen im Vorraus zu testen.
Entwicklung und Tests
Dr. Kaj Führer, Leiter Systemhaus Technik Süd, entwickelt und testet dort mit seinen Kollegen Dr. Stefano Seriani und Dr. Armin Wedler den Prototypen des Erkundungsroboter. Der TransRoPorter besteht aus zwei Komponenten: eine bewegliche TRP Rover-Einheit, die zum navigieren in unstrukturiertem Gelände entwickelt worden ist, und dem Payload Module (PM), welches Technik wie Ersatzteile, Hilfsmittel, Kommunikationstechnologien und wissenschaftliche Instrumente aufbewahrt. Daher muss die Funktionalität und das Design dieser Einheiten des 3D-gedruckten Prototypen genau getestet werden.
Herstellung
In der Entwicklung des TransRoporter Prototypen ist es wichtig, dass das Design praktisch umsetzbar ist und die gewünschten Materialeigenschaften besitzt. Dr. Führer:
„Für mich war klar, dass ein Prototyp aus Metall zu teuer und zu aufwändig in der Herstellung ist.“
Daher entschied sich das Team für den Stratasys 3D-Druck, welcher im Vergleich zu einem Prototypen aus Metall nicht nur schneller, sondern auch günstiger produziert werden kann. Darüber hinaus müsste die herkömmlich in Metall hergestellte Alternative nachbearbeitet werden, durch schweißen und verschrauben – ein zusätzlicher Aufwand, der mit Mehrkosten verbunden ist. Führer erklärt:
„Bei der Projektplanung sahen wir von Anfang an die 3D-Drucktechnologie vor. Es hat sich gezeigt, dass diese Fertigungsform tatsächlich die günstigste, schnellste und eleganteste Lösung ist. Alle Beteiligten sind zufrieden mit diesem Ergebnis.“
Funktionalität
Zusätzlich zu einer zeitsparenden Lösung war Dr. Führer und seinem Team die Funktionalität des Prototypen wichtig. Führer:
„Prototypen sind bei uns oft sehr komplex und entstehen am Rande des technisch Machbaren. Deshalb ist es wichtig, die richtige Fertigungstechnologie und Material auszuwählen, damit die gewünschte Funktionalität von Anfang an ohne Einschränkungen gegeben ist.“
Stratasys Fortus 900mc und ASA
Mit einem Stratasys Fortus 900mc Produktions 3D-Drucker, kann das Forschungsteam gröβere Teile im FDM-Verfahren drucken. Laut Dr. Führer ist das Standardmaterial ASA perfekt für Test- und Demonstrationszwecke des TransRoPorter Prototypen geeignet, da es den Forschern ermöglicht eine stabile Box herzustellen, welche die geplanten Mengen an Instrumenten transportieren kann. Führer erläutert:
„Es war extrem wichtig, dass die Maßhaltigkeit stimmt, so dass die Box auf die Schienen passt und vor allem der Docking-Port funktioniert. Durch die Herstellung mit der FDM-Technologie von Stratasys hat das Material praktisch keinen Verzug. Die Entscheidung für ASA haben wir dabei ganz bewusst getroffen, da es vom Handling her optimal geeignet ist.“
Die Stabilität des verwendeten Materials spielt ebenfalls eine groβe Rolle. Stefano Seriani:
„Wir brauchten einen voll funktionsfähigen Prototypen, um alle nötigen Tests unter Belastung durchführen zu können. Die robusten und widerstandsfähigen Eigenschaften des Stratasys Materials passten daher sehr gut, um den TransRoPorter für seine Funtionsfähigkeit für eine Reise zum Mars zu testen.“
Neue Denkansätze
Laut Dr. Führer unterstützt die 3D-Drucktechnologie auch andere, strategische Ziele:
„Eine neue Technologie führt auch zu neuen Denkansätzen. Viele Kollegen denken jetzt schon in 3D-Druck und beziehen diese Fertigungsmethode bei der Planung ihrer Projekte von Anfang an mit ein. Es hat sich ein neues Verständnis entwickelt, welche neuen Möglichkeiten sich bei der Produktentwicklung eröffnen.“
Andy Middleton, President Stratasys EMEA, erklärt:
„Wir sind stolz das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der erfolgreichen Umsetzung der Marsmission zu unterstützen. Das Projekt ist ein tolles Beispiel dafür, wie unsere FDM-Technologie sowie unsere Materialien es ermöglichen, dass Designs schneller unter extremsten Bedingungen getestet werden können. Das gilt speziell für die Luft- und Raumfahrt, in der komplexe Entwürfe häufig vorkommen und einzelne Teile qualifiziert sein müssen. Wir freuen uns darauf zu sehen, wie die Additive Fertigung in der Entwicklung weiterer Projekte mit einbezogen wird.“
