Als interdisziplinäres Forschungsinstitut setzt die Empa Massstäbe im Bereich nachhaltiger und resilienter Lösungen. Ihr Leitbild wendet sich ab von der Wegwerfgesellschaft und hin zu einer Kreislaufwirtschaft – zur Sicherung einer nachhaltigen Zukunft unserer Welt. Die Abteilung Laboratory of Sustainability Robotics fokussiert sich mitunter auf die Entwicklung von Flugroboter-Plattformen. Drohnenforscher David Häusermann von der Empa, dazu: «Täglich begeben sich Feuerwehrleute im Einsatz in meist unbekannten Geländen in Lebensgefahr.» Dazu hat der Entwicklungsingenieur mit seinem Team während rund sechs Monaten eine Feuerdrohne entwickelt, konstruiert und getestet. Diese soll aus sicherer Entfernung als Aufklärungsequipment dabei unterstützen, sich wortwörtlich ein Bild von der Gefahrenseite machen zu können – mittels Infrarotsensor sowie einer herkömmlichen RGB-Kamera. So kann im Einsatz das Risiko minimiert und die Effizienz gesteigert werden.
Extremen Temperaturen trotzen
Herkömmliche Drohnen sind für die Anwendung an extremen Hitzequellen nicht geeignet, da die verbauten Komponenten sehr schnell schmelzen oder gar brennen können. «Für unseren Prototypen der Feuerdrohne mussten wir nach speziellen Materialien suchen, die hohen Temperaturen bis zu 200 °C trotzen können», betont Häusermann. In Kooperation mit Materialwissenschaftlern der Empa wurde dazu ein Polyimid-Aerogel-Hitzeschild entwickelt, um die interne Elektronik der Drohne zu schützen. In der Entwicklungsphase fanden auch additive Fertigungsverfahren wie FDM (Fused Deposition Modeling) ihren Einsatz, da diese eine grosse Konstruktionsfreiheit bieten. Die FDM-Bauteile mussten im späteren Entwicklungsstadium jedoch durch lasergesinterte PA12-Elemente ausgetauscht werden, da diese eine höhere Genauigkeit, Materialgüte und Temperaturresistenz aufweisen. Die SLS-Technologie bietet im Vergleich zum FDM-Verfahren den weiteren Vorteil, gänzlich auf Supportstrukturen beim Druck verzichten zu können.
SLS-Teile bewähren sich im Feldtest
Die von Sintratec gesponserten 3D-Druck-Teile wurden unter anderem für die Montagerahmen des Aerogel-Hitzeschildes, Befestigungen für Elektronikkomponenten, Klemmen der Rotorarme und die Getriebegehäuse verwendet. «Die Teile die Sintratec uns zur Verfügung gestellt hat, erfüllen alle unsere Projektanforderungen und reagieren im Test unter realen Bedingungen wie erwartet», erklärt der Drohnenforscher begeistert. Für den Ingenieur ist klar: «Die SLS-Technologie und die hervorragenden Materialeigenschaften eignen sich perfekt für den Bau von Drohnen – auch in künftigen Projekten werde ich diese Technologie anwenden.»