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Metal Additive Manufacturing of Space Components @ DLR

Artzt, Katia Juliane und Bauer, Peter-Philipp und Gussone, Joachim und Kasperovich, Galina und Barriobero Vila, Pere und Requena, Guillermo und Haubrich, Jan und Kitsche, Wolfgang und Riccius, Jörg und Suslov, Dmitry und Kleinert, Jan und Rosauer, Philipp und Siggel, Martin und Hümbert, Simon (2022) Metal Additive Manufacturing of Space Components @ DLR. 1st international conference on advanced manufacturing for air, space and land transportation, 2022-03-07 - 2022-03-11, online event.

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Kurzfassung

Additive manufacturing (AM) offers enormous potential for the production of complex geometries, especially for components required in small quantities such as typically found in space applications. However, in order to exploit the strengths of AM, it is crucial to consider each step in the development and manufacturing chain. This will be illustrated on different use-cases studied at the German Aerospace Center (DLR) - Institute of Materials Research in cooperation with other DLR institutes. In the case of a Ti-6Al-4V shrouded turbopump impeller with a conventional design, one particular focus was on developing the build strategy (process parameters, optimization of support structures) since residual stresses and consequently distortion proved to be major challenges. Moreover, heat treatments and surface finishing steps were applied. The component was successfully validated in a spin test. Other typical components investigated are structural part for aeronautic purposes such as, e.g., a satellite thruster brackets consisting typically of aluminum alloys. Key to these parts is usually a suitable design and topology optimization that already considers factors that govern the economic viability: Build rates, material costs, and printability. Thus, the build orientation and geometry can be optimized simultaneously to minimize the amount of supports that need to be removed later. Furthermore, a tool was developed that allows to segment components according to their load distribution. The productivity can be increased when appropriate parameter sets are selected: Only the highly stressed areas need to be processed with a low build rate to achieve the best material quality, while the rest of the component can be built much faster, potentially even with different layer thicknesses. Another possible use of AM is in the production of combustion chamber liners, potentially allowing cost and time savings but, more importantly, highly complex and novel cooling designs. In preliminary studies, a process window of CuCr1Zr was first determined and effects such as overheating were investigated. As a supplement, the SLM 280HL in situ melt pool monitoring system, consisting of two photodiodes, was used for evaluation of the printing process. The experience gained was subsequently used to manufacture various combustion chamber designs, some of which incorporate novel cooling geometries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/185616/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Metal Additive Manufacturing of Space Components @ DLR
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Artzt, Katia JulianeKatia.Artzt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, Peter-PhilippPeter-Philipp.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6327-0890NICHT SPEZIFIZIERT
Gussone, JoachimJoachim.Gussone (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kasperovich, GalinaGalina.Kasperovich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barriobero Vila, PerePere.BarrioberoVila (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Kitsche, WolfgangWolfgang.Kitsche (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riccius, JörgJoerg.Riccius (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5935-874XNICHT SPEZIFIZIERT
Suslov, DmitryDmitry.Suslov (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5160-9292NICHT SPEZIFIZIERT
Kleinert, JanJan.Kleinert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2709-214XNICHT SPEZIFIZIERT
Rosauer, PhilippPhilipp.Rosauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9984-3013NICHT SPEZIFIZIERT
Siggel, Martinmartin.siggel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3952-4659NICHT SPEZIFIZIERT
Hümbert, Simonsimon.huembert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1476-8427146929979
Datum:9 März 2022
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Additive Manufacturing, LPBF, space components
Veranstaltungstitel:1st international conference on advanced manufacturing for air, space and land transportation
Veranstaltungsort:online event
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:7 März 2022
Veranstaltungsende:11 März 2022
Veranstalter :ESA and NASA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - 3D-LoCoS - 3D Printing for Low Cost Space Components
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Bauteilgestaltung und Fertigungstechnologien
Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebssysteme
Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebstechnologie
Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Artzt, Katia Juliane
Hinterlegt am:11 Mär 2022 08:36
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:47

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