Projektkontext
Die kooperierenden Kunden arbeiten an der Entwicklung neuer Antriebssysteme für Trägerraketen. Ein zentraler Bestandteil dieser Systeme sind die Triebwerksdüsen – doch deren Konstruktion ist äußerst komplex, und herkömmliche Fertigungsmethoden ermöglichen es nicht, sie in einem Stück herzustellen. In den Düsen befinden sich spiralförmige Kühlkanäle; bei herkömmlichen Fertigungsverfahren müssen Dutzende von Einzelteilen separat bearbeitet und anschließend verschweißt werden. Dieser Prozess ist zeitaufwändig – die Fertigstellung dauert bis zu 60 Tage. Zudem besteht das Risiko, dass durch das Schweißen die Strukturstärke der Düsen beeinträchtigt wird. Die Kosten für die Herstellung einer einzelnen Düse sind außerdem sehr hoch, was es unmöglich macht, die Anforderungen des Projekts zu erfüllen – nämlich drei Versionen der Düsen innerhalb von 30 Tagen zu entwickeln. Mehrere traditionelle Hersteller gaben an, dass sie die Herstellung präziser und hochwertiger Düsen nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit bewältigen können. Dadurch geriet das Projekt ins Stocken, und es bestand das Risiko, dass die Starttermine verschoben werden mussten.
Lösungen und Projektergebnisse
1.Um die Herausforderungen bei der Lieferung zu überwinden, arbeitete RPS eng mit speziellen Entwicklerteams zusammen. Anstelle der traditionellen Herstellungsmethoden mit getrennten Komponenten wurde die Technologie der additiven Metallherstellung eingesetzt, um den Kunden integrierte Lösungen anzubieten:
2.Topologische Optimierung und integriertes Design: Durch topologische Optimierung der komplexen Strukturen innerhalb der Düse konnte eine einheitliche Gestaltung der Düsenstruktur sowie der Kühlkanäle erreicht werden. Dadurch konnten mehr als 20 einzelne Komponenten durch eine einzige Komponente ersetzt werden. Dadurch wurden die durch das Schweißen entstehenden Spannungskonzentrationen beseitigt.
3.Prozess- und Materialanpassung: Es wurden hitzebeständige Nickellegierungen verwendet. Durch die Optimierung von Parametern wie Laserleistung und Scangeschwindigkeit konnte eine hohe Präzision bei der Herstellung der dünnen Wandstrukturen erreicht werden. Dadurch wurde sichergestellt, dass die Rauheit der Innenwände der Kanäle den Anforderungen an die Kühlleistung entsprach. Zudem wurden durch Wärmebehandlungsverfahren die mechanischen Eigenschaften der Komponenten verbessert – die Zugfestigkeit lag dabei über 900 MPa.
4.Schnelle Iterationen im gesamten Prozess: Es wurde ein geschlossener Prozesszyklus „Design – Drucken – Nachbearbeitung – Test“ etabliert. Dabei kamen hochpräzise Polierverfahren sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren zum Einsatz, um sicherzustellen, dass die Abmessungen der Düse innerhalb von ±0,03 mm liegen. Zudem sollten keine Verstopfungen oder Risse in den Kanälen auftreten.
Dank eines ausgereiften Fertigungssystems und einer effizienten Produktionsleistung schaffte RPS es, innerhalb von 25 Tagen drei Versionen der Düsen herzustellen und auszuliefern. Insgesamt wurden 12 Testexemplare geliefert, die alle ohne Probleme die strengen Prüfungen auf hohe Temperaturen und Drücke sowie Belastungstests auf Haltbarkeit bestanden. Das Team kümmerte sich persönlich um die Rückmeldungen der Kunden; Änderungsvorschläge wurden sofort umgesetzt und neu gedruckt, wodurch eine schnelle Reaktionszeit von 24 Stunden gewährleistet wurde.
Letztendlich half RPS den Kunden dabei, die Entwicklungs- und Testzeiten der Düsen zu verkürzen sowie die Herstellungskosten pro Stück zu senken. Dadurch konnten die Projekte wie geplant in die nächste Phase übergehen. Dieses Beispiel zeigt eindrucksvoll die technologischen Vorteile sowie die schnelle Reaktionsfähigkeit von RPS im Bereich der 3D-Metalldrucktechnologie. Durch professionelle und effiziente Dienstleistungen unterstützte RPS die Kunden bei der Entwicklung ihrer Raumfahrtmodelle – wodurch es hohe Anerkennung sowie langfristige Kooperationsabsichten seitens der Kunden erhielt.