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A gravity-independent powder-based additive manufacturing process tailored for space applications

D'Angelo, Olfa und Kuthe, Felix und Liu, Szu-Jia und Wiedey, Raphael und Bennett, Joe M. und Meisnar, Martina und Barnes, Andrew und Kranz, W. Till und Voigtmann, Thomas und Meyer, Andreas (2021) A gravity-independent powder-based additive manufacturing process tailored for space applications. Additive Manufacturing, Seite 102349. Elsevier. doi: 10.1016/j.addma.2021.102349. ISSN 2214-8604.

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Kurzfassung

The future of space exploration missions will rely on technologies increasing their endurance and self-sufficiency, including manufacturing objects on-demand. We propose a process for handling and additively manufacturing powders that functions independently of the gravitational environment and with no restriction on feedstock powder flowability. Based on a specific sequence of boundary loads applied to the granular packing, powder is transported to the printing zone, homogenized and put under compression to increase the density of the final part. The powder deposition process is validated by simulations that show the homogeneity and density of deposition to be insensitive to gravity and cohesion forces within a discrete element method (DEM) model. We further provide an experimental proof of concept of the process by successfully 3D printing parts on-ground and on parabolic flight in weightlessness. Powders exhibiting high and low flowability are used as model feedstock material to demonstrate the versatility of the process, opening the way for additive manufacturing of recycled material.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/144363/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A gravity-independent powder-based additive manufacturing process tailored for space applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
D'Angelo, Olfaolfa.lopez (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuthe, Felixfelix.kuthe (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, Szu-JiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wiedey, RaphaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bennett, Joe M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meisnar, MartinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barnes, AndrewESANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kranz, W. TillUniversität KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigtmann, ThomasThomas.Voigtmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, AndreasAndreas.Meyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2021
Erschienen in:Additive Manufacturing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.addma.2021.102349
Seitenbereich:Seite 102349
Verlag:Elsevier
ISSN:2214-8604
Status:veröffentlicht
Stichwörter:additive manufacturing; 3D printing; granular materials; powder handling; microgravity; weightlessness; parabolic flight experiment
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Materialforschung und Mikrogravitation (MuM)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Voigtmann, Dr.rer.nat. Thomas
Hinterlegt am:11 Okt 2021 08:48
Letzte Änderung:11 Okt 2021 08:48

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