Mit Binder Jetting optimiertes Siliziumkarbid in den Weltraum schicken

Jan 13, 2024

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TECNALIA ist ein führendes Forschungs- und Technologieentwicklungszentrum, das sich auf die Umwandlung von Wissen in Geschäftsmöglichkeiten für Unternehmen und BIP-Wachstum für die Gesellschaft konzentriert. Die Forschungsgruppe „Materials for Extreme Conditions“ gehört zum Unternehmensbereich Industry and Mobility (I&M) und konzentriert sich auf die Entwicklung, Herstellung, Wartung und End-of-Life von Industrieprodukten und Dienstleistungen.

SENER Aeroespacial ist ein führender Anbieter von Hochleistungs-Luft- und Raumfahrtsystemen für Raumfahrt, Verteidigung und Wissenschaft und schafft seit mehr als einem halben Jahrhundert Mehrwert durch technologische Entwicklungen. Das Unternehmen arbeitet mit Kunden wie der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zusammen und führt multidisziplinäre Projekte in den Bereichen Optomechanik, große mobile Strukturen sowie Instrumentierung und Infrastruktursteuerung durch.

Die Materialflexibilität der Binder-Jetting-Technologie der X-Serie ermöglicht es TECNALIA, sein InnoventX-System zur Verarbeitung einer Reihe von Pulvern zu verwenden, die verschiedene Branchen unterstützen. Das Team nutzt sein Fachwissen beispielsweise zur Optimierung von Hartmetall- und Werkzeugstählen, die Leistungsverbesserungen in der Schneidwerkzeugindustrie vorantreiben, und verarbeitet technische Keramiken wie Siliziumkarbid und Aluminiumoxid, die in den modernsten Innovationen in kritischen Anwendungen eingesetzt werden.

Das TECNALIA-Team verfügt über umfassendes Wissen über Materialien für extreme Temperaturen, Verschleiß, Abrieb und korrosive Umgebungen und war damit der ideale Partner, als SENER Aeroespacial und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) einen neuen Herstellungsweg für eine optische Satellitenunterstützung untersuchen wollten. Die rauen Bedingungen der Raumfahrt erfordern Komponenten mit hoher Dimensionsstabilität, einem mit den angrenzenden Systemen kompatiblen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) sowie hervorragender Oberflächenqualität und mechanischen Eigenschaften. Daher sind Keramiken aufgrund ihrer thermomechanischen Stabilität, Hochtemperaturleistung, Härte und ihrem geringen Gewicht ideal für Raumfahrtanwendungen. TECNALIA brachte die erforderliche Material- und Prozesskompetenz mit, um diese Herausforderung anzugehen.

„Raumfahrtanwendungen streben immer nach einer Gewichtsreduzierung, da diese direkt mit den endgültigen Nutzlastkosten zusammenhängt“, erklärte Dr. Iñigo Agote, Projektmanager und Gruppenleiter bei TECNALIA, und erläuterte, dass Leichtbau heute eine systematische Forderung von Luft- und Raumfahrtunternehmen ist. Die Einsparung von Masse ist ein Grund dafür, dass die technische Keramik Siliziumkarbid (SiC) in diesem Bereich ein sehr gefragter Werkstoff ist. Es kann poliert werden, bis es glatt ist, mit den einzigartigen Vorteilen, dass es leicht und stabil bleibt und über die thermischen Eigenschaften verfügt, um sich an extreme Temperaturen im Weltraum anzupassen.

Allerdings ist die Herstellung von SiC mit herkömmlichen Methoden aufgrund genau dieser wünschenswerten Hochleistungseigenschaften sowohl kostspielig als auch schwierig. „Der Grad der Formkomplexität ist begrenzt, wenn traditionellere Produktionsverfahren wie Kaltformen und Sintern verwendet werden“, sagte Agote. „Teile erfordern eine Endbearbeitung, wenn die Geometrie komplex ist und die Bearbeitung von Keramik wie SiC ein schwieriger und teurer Prozess ist.“

Es wurde die additive Fertigung untersucht, um ein endkonturnahes Teil bereitzustellen und die schwierigen und teuren Bearbeitungs- und Poliernachbearbeitungsschritte zu reduzieren. Der Binder-Jet-3D-Druck wurde als einziges Verfahren identifiziert, mit dem das einzigartige SiC-Design auch unter anderen additiven Technologien schnell und präzise erstellt werden kann, da das dunkle Pulver nicht UV-härtend ist und der hohe Schmelzpunkt laserbasierte Methoden überflüssig macht.

Das TECNALIA-Team machte sich an die Arbeit, geeignete SiC-Pulver zu identifizieren und die besten Verarbeitungsschritte zu definieren. Die Flexibilität der Desktop Metal InnoventX-Maschine zur individuellen Anpassung der Parametereinstellungen in Kombination mit der Prozess- und Materialkompetenz des TECNALIA-Teams zur Anpassung der Eigenschaften für diese Anwendung führten zum Durchbruch, der ein endgültiges Teil mit der erforderlichen Qualität lieferte. Das Teil konnte im InnoventX innerhalb von 3 Stunden vor dem PIP und der Infiltration mit Silikon zur Verdichtung gedruckt werden.

Laden Sie die vollständige Fallstudie herunter, um zu erfahren, wie das TECNALIA-Team mithilfe von Binder Jetting endkonturnahe Teile herstellte, die sowohl die Nachbearbeitungszeit als auch das Gewicht reduzierten.

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