Das Advanced Materials Research Laboratory (AMRL) der Universität Strathclyde im Vereinigten Königreich hat kürzlich eine Studie durchgeführt, um die Anwendung der kaltgespritzten additiven Fertigungstechnologie bei der Herstellung von Raketentriebwerksbrennkammern zu untersuchen. Kaltspritzen ist ein Feststoffpulverabscheidungsverfahren, das sich von schmelzbasierten additiven Fertigungstechniken wie dem Laser-Pulverbett-Schmelzen unterscheidet, da es unterhalb des Schmelzpunkts des Ausgangsmaterials arbeitet, die ursprüngliche Mikrostruktur des Pulvers bewahrt und Eigenschaften nahe denen von Vollmaterialien erreicht.
Die AMRL-Forscher weisen darauf hin, dass die kaltgespritzte additive Fertigung mehrere Vorteile bietet, darunter die Vermeidung von Wärmeeinflusszonen, die Verringerung von Oxidation und Eigenspannungen, einen geringeren Energieverbrauch und eine höhere Produktionseffizienz. Diese Technologie ist besonders für die Luft- und Raumfahrt geeignet, da Raketenbrennkammern hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten müssen, was traditionelle Herstellungsverfahren vor Herausforderungen stellt. Die Forscher erklärten: „Triebwerksbrennkammern bestehen typischerweise aus einer Nickelbasis-Außenschale und einem Kupferbasis-Wärmeliner mit komplexen Kühlkanälen, deren Herstellung schwierig und kostspielig ist.“
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, setzte das AMRL die kaltgespritzte additive Fertigung ein, um die von der NASA entwickelte GR-Cop-42-Legierung auf ein Inconel 718-Substrat aufzutragen. Die GR-Cop-42-Legierung ist für ihre hohe Wärmeleitfähigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit bekannt, aber die laserbasierte additive Fertigung wird leicht durch ihre hohe Reflektivität und Wärmeeinflusszonen beeinträchtigt. Das Kaltspritzen bietet eine Alternative, die diese Einschränkungen überwinden und die Entwicklung zukünftiger Luft- und Raumfahrtkomponenten vorantreiben könnte.
In der Studie bewertete das Team die Schlüsseleigenschaften der kaltgespritzten Ablagerungen, wie Mikrostruktur, chemische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften und thermophysikalische Eigenschaften. Diese Untersuchung markiert einen bedeutenden Fortschritt bei der Herstellung regenerativ gekühlter Brennkammern durch Feststoff-Additivfertigungstechnologie und bietet neue Ansätze für Hochtemperaturanwendungen wie Raketentriebwerke. Die Anwendung der kaltgespritzten additiven Fertigungstechnologie in diesem Bereich ist vielversprechend und könnte die Fertigungseffizienz und die Komponentenzuverlässigkeit verbessern.
