Teknologisk 3D-printer alu-raketdyse

• Af:
  
• Thore Dam Mortensen

Studerende ved DTU og Maskinmesterskolen i København arbejder i øjeblikket i projektet DanSTAR på at færdiggøre en raket, der er 3,5 meter høj, bærer på 18 kilogram brændstof og skal kunne flyve op i 9 kilometers højde.

3D-print i metal blev set som en løsning til rakettens brændkammer, da dette består af nogle meget komplekse indvendige geometrier, som nærmest er umulige at opnå med andre produktionsteknologier.

I den forbindelse blev et samarbejde med Teknologisk Institut, TI, om brændkammeret startet tilbage i sommeren 2018, hvor de studerende tog fat i GTS-instituttets 3D-metalprinteksperter, og her blev det aftalt, at DanSTAR skulle designe brændkammeret specifikt til at blive lavet i 3D-print.

Således kunne projektet fra start udnyttede de muligheder, der ligger i 3D-printteknologien. Resultatet blev et brændkammer i aluminium, som er designet med avancerede kølekanaler, der udelukkende kan laves med 3D-print.

"Vi har længe kendt til 3D-print i metal og vidst, at det var en mulighed. Men, at få lov til at arbejde med processen åbner selvfølgelig for nogle nye muligheder, hvor man som studerende i højere grad begynder at overveje 3D-print til fremtidige projekter, da det er en genial måde at fremstille ekstremt komplekse geometrier eller prototyper på," siger formand for DanSTAR-projektet, Rasmus Arnt Pedersen, og fortsætter:

"Vi har løbende sparret med Teknologisk Institut under designprocessen, for der undervises ikke i design med henblik på additiv fremstilling på DTU, og selvom vi har stort kendskab til FDM-plastikprintere, er det alligevel en anden sag, når det er metalprint. Derfor har det været nødvendigt at blive hjulpet lidt på vej, men det har været en stor fornøjelse, og vi er endt med en state-of-the-art raketmotor, som kun de færreste raketklubber ville turde drømme om."

Opgaven med at få restpulver ud af brændkammerets indvendige geometrier efter selve printprocessen var en af de mere spændende udfordringer for TI's 3D-printeksperter, og den gav værdifuld læring til fremtiden: 

"Vi endte med en funktionsmæssig løsning med små adgangspunkter til at få restpulveret ud. De er samtidig designet, så de giver DanSTAR mulighed for at sætte termofølere på brændkammeret og få driftsdata under test. Tillige er de konstrueret så adgangspunkterne kan forsegles med specialdesignede propper, når raketten skal flyve, fortæller Kristian Rand Henriksen fra Teknologisk Institut, som designede løsningen.

Et væsentligt punt har, ifølge parterne, været at holde vægten nede, da det betyder, at der skal bruges mindre energi på at løfte raketten fra jorden. Netop her kommer 3D-print til sin ret, fordi teknologien gør det muligt at bygge i lettere materialer på grund af et design, hvor brændkammeret køles ned samtidig med, at forbrændingen finder sted. I stedet for at vælge et tungere materiale som eksempelvis kobber, der absorberer en masse varme, har man således kunnet bygge i aluminium, som er lettere, med aktiv køling.

Formålet med DanSTAR-projekt er at overordnet at promovere udviklingen af rumfartsteknologi i Danmark med fokus på at give viden til ingeniørstuderende på området.