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This paper is about the challenges in developing the Laser Metal Deposition process with metal powder for use in microgravity. The modified gravitational conditions are set up for a few seconds using a drop tower, the Einstein-Elevator of the Leibniz University Hannover. In addition to the drop tower, the specially adapted setup of the experiment will be explained. The samples produced in microgravity during this project will demonstrate the influence of gravity on this additive manufacturing process and on the materials used. Thermal analyses using the Ansys software show how the temperature distribution of the manufactured specimens looks over time and what this means for the execution of the experiment.

Die Forschung an physikalischen Grundlageneffekten in Schwerelosigkeit und die Entwicklung weltraumtauglicher Technik für zukünftige Missionen stößt in bestehenden Einrichtungen hinsichtlich ihrer Wiederholrate, Größe und möglicher Nutzlast an ihre Grenzen. Außerdem lassen sich beispielsweise Mond- oder Marsgravitation nicht oder nur mit hohem Aufwand simulieren. Diese Arbeit ist im Rahmen der Entwicklung einer neuartigen Anlage für die Forschung unter Mikrogravitation und anderen Schwerebedingungen mit hoher Wiederholrate entstanden. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt dabei auf der Beschreibung der Anlage und ihrer Komponenten in Hinblick auf ihren Einfluss auf die Restbeschleunigung im Experiment während der Mikrogravitationsphase. Dazu sind die Einzelkomponenten teils in Prüfstandsuntersuchungen, teils in Simulationen analysiert und die ermittelten Einflüsse in einem Mehrkörpermodell zusammengefasst worden. Eine weitergehende Analyse findet im Rahmen erster Versuchsflüge im Einstein-Elevator statt., Research on basic physical effects in microgravity and the development of space-qualified technology for future missions is reaching its limits in existing facilities in terms of repetition rate, size and possible payload. In addition, Lunar or Martian gravity, for example, cannot be simulated or can only be simulated at great expense. This work has been done in the context of the development of a new facility for research under microgravity and other gravity conditions with high repetition rate. The main focus of this work is the description of the facility and its components with respect to their influence on the residual acceleration in the experiment during the microgravity phase. For this purpose, the individual components have been analyzed partly in test bench investigations and partly in simulations. The influences determined have been summarized in a mechanical simulation model. A more detailed analysis will be carried out during the first test flights in the Einstein-Elevator.

Der Einstein-Elevator ist die weltweit erste Forschungseinrichtung für physikalische und produktionstechnische Experimente bei unterschiedlichen Gravitationsbedingungen von Schwerelosigkeit bis zur fünffachen Erdbeschleunigung mit hoher Wiederholrate. Wissenschaftler vom Institut für Transport- und Automatisierungstechnik stellen die Funktionen und einzigartigen Möglichkeiten der Eigenkonstruktion vor.

Der Einstein-Elevator entspricht einer deutlichen Abwandlung eines klassischen Fallturms. In Falltürmen werden wissenschaftliche Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt. In großen Vakuumkammern werden dazu die Experimente, ohne das Einleiten externer Kräfte, fallengelassen. Die klassische Fallturmtechnik hat den Nachteil einer geringen Wiederholrate durch einen hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuums. Der Einstein-Elevator schafft durch sein weltweit einzigartiges Führungs- und Antriebskonzept den Zeitaufwand für die Versuchsdurchführung drastisch zu verkürzen und die Qualität der Schwerelosigkeit zu verbessern. Um die benötigte Qualität in der Versuchsumgebung zu erzielen, wurde das Konzept mithilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich der im Experiment in der Freifallphase zu erwartenden minimalen Restbeschleunigungen untersucht., The Einstein-Elevator is a customized application of a classical drop-tower. A drop-tower is a structure that reproduces zero-gravity conditions for scientific experiments. These experiments are carried out inside a large vacuum chamber, which is dropped without the application of external forces. The major drawback of the established drop-tower technology is the low number of permissible experiments per day, mainly due to the time-consuming preparation of the vacuum. The Einstein-Elevator drastically decreases the necessary time for an individual experiment and moreover increases the quality of the reproduced zero-gravity conditions, thanks to the worldwide unique drive- and guide-concept. To investigate the achieved quality of the Einstein-Elevator, a mechanical simulation model was developed to study the behavior of the minimal residual acceleration during the free-fall phase.