de.wedoany.com-Bericht: Ingenieure des National Manufacturing Institute Scotland (NMIS) haben ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Raketendüsen mittels Hochdruck-Kaltgasspritzen entwickelt. Die Technologie demonstriert ihr Potenzial als großvolumige, schnelle additive Fertigungslösung für die Produktion von Hochleistungskomponenten und die Steigerung der Fertigungseffizienz.
Das Projekt erforschte einen neuen Ansatz zur Herstellung großer Kupferstrukturen mit komplexen Kühlkanälen. Raketenbrennkammern und -düsen gehören zu den kritischsten Komponenten in Raumfahrtsystemen und arbeiten unter extremen Bedingungen, bei denen die Temperaturen den Schmelzpunkt der Strukturmaterialien übersteigen. Diese Bedingungen erfordern Fertigungsmethoden, die sowohl komplexe Geometrien ermöglichen als auch strenge Materialeigenschaften und Kosteneffizienz gewährleisten.
Herkömmliche Produktionsverfahren sind oft langsam und arbeitsintensiv und erfordern mehrere Fertigungsstufen und umfangreiche spanende Bearbeitung. Additive Fertigungsverfahren wie das Pulverbettfusion (Powder Bed Fusion, PBF) bieten zwar größere Designfreiheit, sind jedoch durch die Baugröße begrenzt und für die Herstellung großer Komponenten ungeeignet. Auch die Galvanotechnik wird häufig zur Herstellung von Kupfer-Raketendüsen eingesetzt, doch die langen Produktionszeiten stellen im erforderlichen Maßstab weiterhin eine große Herausforderung dar. Dies kann zu einer monatelangen, kostspieligen Produktion mit begrenzter Flexibilität bei der Anpassung oder Skalierung des Designs führen.
Kupfer selbst bringt zusätzliche Herausforderungen mit sich. Seine thermischen und mechanischen Eigenschaften sowie sein hohes Reflexionsvermögen erschweren die Verarbeitung mit traditionellen additiven Fertigungstechniken. Dies hat die Herstellung fortschrittlicher Geometrien in der Vergangenheit eingeschränkt, insbesondere der komplexen inneren Kühlstrukturen, die für die Leistung von Raketendüsen entscheidend sind.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, entwickelten die Ingenieure des NMIS einen hybriden Fertigungsansatz, der auf dem Hochdruck-Kaltgasspritzen basiert. Dieses hochratenfähige additive Verfahren scheidet Kupfer im festen Zustand ab, vermeidet das Schmelzen und reduziert so erheblich das Risiko thermischer Verformung oder Materialdegradation, das mit herkömmlichen Schweißverfahren verbunden ist.
Bei dieser Methode wird die Hauptdüsenstruktur durch schnelle Materialabscheidung Schicht für Schicht aufgebaut. Das Verfahren unterstützt die Großserienproduktion bei gleichzeitiger Beibehaltung feiner geometrischer Details, sodass komplexe innenliegende Merkmale effizient in die Struktur integriert werden können.
Die Raketendüse unterstreicht das Potenzial des Hochdruck-Kaltgasspritzens, die Art und Weise der Herstellung großer Kupferkomponenten zu verändern. Mit Abscheideraten von bis zu 10 Kilogramm pro Stunde kann die Produktionszeit von Monaten auf Tage verkürzt werden, während gleichzeitig der Materialabfall im Vergleich zur herkömmlichen spanenden Bearbeitung deutlich reduziert wird.
Obwohl die Methode für Raumfahrtanwendungen entwickelt wurde, reichen ihre Auswirkungen über den unmittelbaren Verwendungszweck hinaus. Sie bietet einen skalierbaren Fertigungsweg für hochwertige Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Energiebranche und den Schiffbau, die robuste, korrosionsbeständige Materialien benötigen. Die Technologie kann auch zur Reparatur und Wiederaufbereitung bestehender Komponenten eingesetzt werden, wodurch die Lebensdauer von Anlagen verlängert und nachhaltigere Fertigungspraktiken unterstützt werden.
Obwohl das Verfahren noch nicht durch vollständige Raketentriebwerkstests validiert wurde, liefert die Kupfer-Raketendüse einen klaren Beweis dafür, dass große Hochleistungskomponenten aus Kupfer erfolgreich mit Hochdruck-Kaltgasspritzen hergestellt werden können. Da Hersteller nach schnelleren, flexibleren und kostengünstigeren Produktionsmethoden suchen, wächst das Potenzial dieser Technologie, von Nischenanwendungen in breitere industrielle Anwendungen vorzudringen.
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