3D gedruckte Bauteile für leistungsfähige Kleinsatelliten aus PEEK

PEEK Werkstoffe von Ensinger haben sich in verschiedenen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, wie z.B. im Satellitenbau, bewährt. In diesem Segment erfreuen sich insbesondere die Kleinsatelliten mit einem Gewicht von bis zu 500 kg einer steigenden Nachfrage. Getrieben durch neue Datennetze nach dem 5G-Standard und das Internet steigen die Anforderungen an die Flugkörper stetig. Seit der Einführung der Spezifikation für kostengünstige Kleinsatelliten vor 20 Jahren haben sich deren Einsatzgebiete von einfachen kommerziellen Anwendungen hin zu anspruchsvollen technischen und wissenschaftlichen Aufgaben entwickelt. So erfüllen Kleinsatteliten heute Funktionen, für die bis vor kurzem noch größere und auch schwerere Satelliten benötigt wurden. Hochleistungskunststoffe und der industrielle 3D-Druck haben wesentlich zum Siegeszug der Kleinsatelliten beigetragen. 

Durch die Vorgabe genormter Gehäuseformate kommt den kostengünstigen Cube-Satelliten als kleinstmögliche Einheit (U1) eine besondere Bedeutung zu. Sie haben eine standardisierte Würfelform von 10 cm Kantenlänge bei einer maximalen Masse von 1,33 kg und sind beliebig erweiterbar. Während ihres Einsatzes im Orbit liefern die Kleinsatelliten neuartige der Erdbeobachtungs- und Datenprodukte mittels Laserkommunikation. Dabei werden große Datenmengen kodiert, mit mehrfacher Datenrate und ohne Interferenzen mit anderen Kanälen wie z.B. klassischen Funkkanälen per Laserstrahl an Bodenstationen gesendet. 

Eine wesentliche Komponente der Datenübertragung sind optische Polymerfasern, auch Lichtwellenleiter genannt. Diese haarfeinen Stränge werden auf einer Faserhaltung aufgewickelt und befestigt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Verfahrenstechnik und das Material, aus dem die Faserhalterung hergestellt werden soll. 

Das Material wird während seines Einsatzes dauerhaft hohen und wechselnden Temperaturen von -10 °C bis 50°C ausgesetzt sein. Neben einer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit muss der Werkstoff eine möglichst hohe Festigkeit, geringe Ausgasung und eine gute Kriechbeständigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften müssen auch über einen Zeitraum von mehreren Jahren gewährleistet sein. Darüber hinaus ist es zwingend erforderlich, dass der robuste Werkstoff ein möglichst geringes Bauteilgewicht aufweist. 

Das entscheidende Kriterium der minimalen Ausgasung erfüllt als einziger für die Luft- und Raumfahrt zugelassener Hochtemperaturkunststoff der Werkstoff PEEK. Innerhalb der Ensinger PEEK-Familie qualifizieren sich die beiden Werkstoffe TECAFIL PEEK EV natural sowie TECAFIL PEEK VX natural

Die beiden entscheidenden Kriterien für die Wahl des additiven Fertigungsverfahrens sind die Geometrie und die Losgröße ab 1 Stück. Darüber hinaus hat der 3D-Druck zwei weitere Pluspunkte auf seiner Seite: Flexibilität und Schnelligkeit.

Das 3D-Drucken von PEEK-Filamenten in verlässlicher, zertifizierter Qualität stellt hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik. Schon während des Druckens sind die Materialien hohen Temperaturen von 180 °C bis 210 °C ausgesetzt.

Dank der über 50-jährigen Erfahrung mit Hochleistungskunststoffen und deren Verarbeitung konnte diese Neuentwicklung in kurzer Zeit erfolgreich realisiert werden.