{"id":521,"date":"2023-11-18T22:38:23","date_gmt":"2023-11-18T21:38:23","guid":{"rendered":"http:\/\/localhost\/?page_id=521"},"modified":"2025-02-08T18:46:28","modified_gmt":"2025-02-08T17:46:28","slug":"create","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/er-ig.de\/cms\/create\/","title":{"rendered":"CREATE"},"content":{"rendered":"\n

C<\/strong>arbon RE<\/strong>inforced A<\/strong>dditive manufacturing T<\/strong>echnology E<\/strong>xperiment<\/h2>\n\n\n\n
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Ein Teil der Mitglieder der ERIG e.V. haben das H\u00f6henforschungsexperiment CREATE entwickelt, das im M\u00e4rz 2024 auf der H\u00f6henforschungsrakete REXUS 31 geflogen ist. Mit diesem nahmen die Studierenden an dem REXUS\/BEXUS<\/a>-Programm von DLR<\/a>, ZARM<\/a>, SSC<\/a>, SNSA<\/a> und ESA<\/a> teil. Das REXUS\/BEXUS-Programm erm\u00f6glicht es Studierenden eine wissenschaftliche Nutzlast an Bord einer H\u00f6henforschungsrakete ins Weltall zu transportieren. Daf\u00fcr stehen ihnen die finanzielle Unterst\u00fctzung sowie wissenschaftliche Expertise von DLR, ZARM, SSC, SNSA und ESA zur Verf\u00fcgung. W\u00e4hrend des Flugs befinden sich die Experimente an Bord der Rakete zeitweise in Mikrogravitation, was f\u00fcr wissenschaftliche Experimente interessant ist, um den Einfluss der Gravitation auf bestimmte Prozesse zu untersuchen. In den vergangenen Jahren hat die ERIG e.V. bereits mehrfach erfolgreich am REXUS\/BEXUS-Programm teilgenommen.<\/p>\n\n\n\n

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CREATE steht f\u00fcr Carbon REinforced Additive manufacturing Technology Experiment und besch\u00e4ftigt sich mit faserverst\u00e4rktem 3D-Druck. Das Ziel des Experiments besteht in der Untersuchung des Einflusses der Gravitationskraft auf den Prozess des faserverst\u00e4rkten 3D-Drucks.
Bei allen 3D-Druck Verfahren wird ein Filament, meist PLA, aufgeschmolzen und anschlie\u00dfend an die gew\u00fcnschte Stelle und in gew\u00fcnschter Weise extrudiert. Bei faserverst\u00e4rktem 3D-Druck wird das aufgeschmolzene Filament zus\u00e4tzlich mit Kohlefasern versetzt, sodass das entstandene Komposit ein Verbund aus Kohlefaser und Filament ist. Dies verbessert die Materialeigenschaften des gedruckten Komposits und erm\u00f6glicht einen facettenreicheren Einsatz von 3D-gedruckten Produkten. Dar\u00fcber hinaus eignet sich diese Methode aufgrund der h\u00f6heren Druckflexibilit\u00e4t, der Ressourceneffizienz und des kompakten Fertigungsaufbaus optimal f\u00fcr die Anwendung im Weltraum.
Allerdings entstehen bei dem gemeinsamen Extrudieren von Kohlefasern und Filament Hohlr\u00e4ume an der Faser-Matrix-Grenzfl\u00e4che (sog. Voids). Diese wirken sich negativ auf die Materialeigenschaften des Komposits aus. Um die Verbundwerkstoff-Fertigungstechnologien zu verbessern, ist es n\u00f6tig den Prozess des faserverst\u00e4rkten 3D-Drucks und im Besonderen die Bildung der Voids n\u00e4her zu verstehen.<\/p>\n\n\n\n

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Quelle: Pappas, John & Thakur, Adi & Leu, Ming & Dong, Xiangyang. (2021). A parametric study and characterization of additively manufactured continuous carbon fiber reinforced composites for high-speed 3D printing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 113. 1-15. 10.1007\/s00170-021-06723-1. <\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Geschmolzener thermoplastischer Kunststoff verh\u00e4lt sich wie eine nicht-newtonsche Fl\u00fcssigkeit, die unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen eine Ver\u00e4nderung der Benetzbarkeit aufweist. In der Schwerelosigkeit k\u00f6nnte die Umschlie\u00dfung der Fasern vom PLA somit gleichm\u00e4\u00dfiger ausfallen und damit die Materialeigenschaften des produzierten Verbundwerkstoffs verbessern. Um dies genauer zu untersuchen, soll mit dem Experiment CREATE faserverst\u00e4rktes Komposit an Board einer REXUS-Rakete in Mikrogravitation gedruckt werden.
Au\u00dferdem sollen mit dem gleichen Aufbau Kompositproben auf der Erde bei einer Erdbeschleunigung von 1g hergestellt werden. Die verschiedenen Kompositproben sollen dann im Hinblick auf ihre Materialeigenschaften sowie mikroskopisch untersucht und verglichen werden.<\/p>\n\n\n\n

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CREATE w\u00e4hrend des Benchtests im GSOC in Oberpfaffenhofen<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

CREATE tr\u00e4gt damit dazu bei, den Weg f\u00fcr die Fertigung im Weltraum zu ebnen, indem wichtige Grundlagenforschung auf dem relativ neuen Gebiet der faserverst\u00e4rkten additiven Fertigung betrieben wird. Wichtige, vielschichtige Aspekte wie die Auswirkung der Schwerkraft auf die Festigkeit des Verbundwerkstoffs, die Dichte, die Benetzung der Fasern, die Hohlr\u00e4ume zwischen und innerhalb der Schichten usw. k\u00f6nnen durch das vorgeschlagene Experiment effizient bewertet und beurteilt werden. Auf diese Weise wird die wissenschaftliche Grundlage f\u00fcr das Streben der Menschheit nach der M\u00f6glichkeit der Fertigung im Weltraum geschaffen. Gleichzeitig k\u00f6nnen Wege zur Verbesserung der Verbundwerkstoff-Fertigungstechnologien f\u00fcr terrestrische Anwendungen aufgezeigt werden.<\/p>\n\n\n\n

Funktion\u00ads\u00adprinzip von CREATE<\/h2>\n\n\n\n

Das grundlegende Funktionsprinzip von CREATE \u00e4hnelt dem eines Fused Deposition Modeling-Ger\u00e4ts, das allgemein als 3D-Drucker bekannt ist. Ein schematischer \u00dcberblick \u00fcber das Versuchskonzept ist in der folgenden Abbildung dargestellt.<\/p>\n\n\n\n

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Funktionsprinzip von CREATE<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Filamentspule tr\u00e4gt das Polylactid (PLA)-Filament, das einen Durchmesser von 2,85 mm hat. Das Filament wird durch einen Zuf\u00fchrungsmechanismus, auch als Extruder bezeichnet, transportiert. Von dort gelangt das Filament in ein Hotend. Zus\u00e4tzlich zum Filament wird ein Kohlenstofffaserb\u00fcndel aus etwa eintausend Einzelstr\u00e4ngen in das Hotend eingef\u00fchrt. Dort wird das Filament bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt und das Faserb\u00fcndel impr\u00e4gniert. Der so entstandene Verbundwerkstoff wird durch eine D\u00fcse transportiert und extrudiert. Das extrudierte Material wird mit ein Gebl\u00e4se gek\u00fchlt, um die Erstarrungszeit zu verk\u00fcrzen. Das feste Komposit wird schlie\u00dflich mit einem Antriebsmechanismus auf die Kompositspule gezogen. Der gesamte Prozess wird von einer Kamera und einer W\u00e4rmebildkamera gefilmt.<\/p>\n\n\n\n

Prototyp Sammansatt<\/em><\/h2>\n\n\n\n

Mit dem ersten Prototyp des Experiments war es bereits m\u00f6glich, erste Kompositproben zu drucken. Der unten gezeigte Versuchsaufbau wurde anschlie\u00dfend weiter entwickelt und erkannte Schwachstellen wurden ausgebessert.<\/p>\n\n\n\n

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Erster<\/em> Prototyp des Experiments CREATE<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

CREATE in den Medien<\/h2>\n\n\n\n

Im Rahmen intensiver \u00d6ffentlichkeitsarbeit wurde CREATE \u00fcber einige Kan\u00e4le verbreitet:<\/p>\n\n\n\n