Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 02/2018, 16.02.2018

Drohnenabwehr aus dem 3D-Drucker

Die Firma Exaparts stellt Kunststoffteile mittels 3D-Druck her. Im jüngsten Projekt hat das Unternehmen aus Büren an der Aare für Behörden ein Flintengeschoss entwickelt, das speziell auf das Abfangen von Drohnen ausgelegt ist und dabei hohen ballistischen Anforderungen genügen muss.

Das Ziel des Projektes bestand darin, ein Projektil für militärische und polizeiliche Einsätze zu konzipieren, das sich mittels Glattlaufflinte verschiessen lässt und zum Abfangen von Drohnen dient. Die heutigen Multikop- ter bieten ein riesiges Potenzial für Konsumenten und die Industrie, bergen aber zunehmend auch ein Risiko infolge unsachgemässer Handhabung. Zudem ist der terroristische Einsatz der Fluggeräte in gewissen Kriegsgebieten bereits zum Alltag geworden und deren Anwendung als «Lenkwaffe des armen Mannes« eine traurige Realität. In Europa steht vorerst weniger der terroristische Angriff im Fokus, sondern der Missbrauch solcher Fluggeräte. Sei es, um Unruhe zu schüren, unerlaubt Informationen zu sammeln oder illegal Güter zu transportieren, beispielsweise bei Demos und Staatsempfängen oder in Sperrzonen von Atomkraftwerken und Strafanstalten. Dies hat die Entwickler bewogen, einen Lösungsansatz zu suchen, der nicht auf komplexe Abfang- und Landemanöver setzt, sondern mit möglichst geringem Kollateralschaden die Kleindrohnen eliminiert. Dazu wurden systematisch diverse Technologien und Projektile untersucht.

Der einfachste Ansatz bezüglich Wirkdistanz, Wirkung im Ziel und Schusskadenz wären herkömmliche ballistische Metallgeschosse. An ihren Einsatz zur Drohnenabwehr im besiedelten Umfeld ist jedoch wegen ihrer hohe kinetische Energie nicht zu denken. In der Vergangenheit wurden auch bereits diverse Versionen von Netzwerfern vorgestellt, die grundsätzlich funktionieren, bezüglich Wirkdistanz, Trefferbild, Windanfälligkeit, Schusskadenz und Kostenaufwand aber kaum praxistauglich sind.

Unter diesen Voraussetzungen startete das Projekt, eine Kleindrohnenabwehrmunition im Schrotflintenstandardkaliber 12/70 zu entwickeln, die auf Multirotoren bis zu einer Wirkdistanz von 50 m treffsicher angewendet werden kann. Diese Spezialmunition soll weiter allwettertauglich und geeignet für Selbstlader sein sowie eine gewisse Resistenz gegen Windeinflüsse aufweisen. Zudem sollen solche Projektile auch günstig in der Herstellung sein, da auch der beste Schütze ohne Training keine hohe Trefferquote hat.

Zuerst wurden bereits angebotene Munitionsarten auf ihre Funktionalität hin untersucht. Sie konnten aber allesamt ihre versprochene Wirkung nicht beweisen. Aufbauend auf den Voruntersuchungen wurde das Funktionskonzept der Projektile erarbeitet. Es soll sich durch eine vom Lauf mitgegebene Rotation nach einer gewissen Distanz in der Luft in drei Segmente aufteilen. Diese durch 0,5 mm dünne Aramid-Schnüre verbundenen Teilstücke spannen ein maximal 1000 mm grosses Dreieck auf, in dessen Mitte die Schnüre verbunden sind. Die Kombination von kinetischem Schaden durch die Projektilteile und das Blockieren der Rotoren durch die Fäden lässt die Drohne abstürzen.

Um eine hohe Freiheit bezüglich Bauteiledesign zu erlangen, startete das Team erste Versuche mit Kunststoffteilen aus dem 3D-Drucker. Tests bestätigten, dass die physikalischen Eigenschaften der von Exaparts auf ihrer «Formiga P 110» von EOS im selektiven Lasersinterverfahren (SLS) hergestellten Polyamidteile ausreichen, um den Anforderungen bezüglich Schockbelastung, Abrieb und Temperaturverhalten sowie Gasdruckbeständigkeit standhalten zu können.

So folgte eine Vielzahl von Versuchsreihen mit immer neuen Projektildesigns, um die innenballistischen Eigenschaften der Munition zu verbessern. Kleinstserien von Projektilen wurden gefertigt und in praxisnahen Schiessversuchen auf Zielscheiben und ausgemusterte Drohnen getestet, um Wirkdistanz und Trefferbild analysieren zu können. Als grosse Herausforderung erwiesen sich die Glattlaufflinten der Schweizer Sicherheitskräfte. Der Glattlauf gibt dem Projektil keinen Drall mit, was die Stabilität des Geschosses auf der Flugbahn und die Flugbahn selbst stark beeinträchtigt.

Dank des schnellen SLS-Verfahrens konnten viele verschiedene Projektilvarianten pro Beschuss untersucht werden mit dem Ziel, dem Geschoss auch im Glattlauf durch seine Geometrie einen Drall mitzugeben. Diese Varianten umfassten teils gewagte Designs mit Rillen, Leitwerken und Ähnlichem. Der Durchbruch erfolgte, als die genau richtige Elastizität des Materials mit der komplexen Geometrie, die im Endprodukt einen polygonartigen Querschnitt aufweist, kombiniert werden konnte. Damit konnte der Reibungskoeffizienten im Lauf so gestaltet werden, dass auf die Projektile trotz Glattlauf ein geeigneter Drallwinkel von rund 3° übertragen wird. Das Öffnungsverhalten und die Aussenballistik waren damit nahezu optimal. Die Projektile werden nun von den Behörden in praxisnahen Versuchen auf ihren Nutzwert getestet.

Erst die Schnelligkeit und Flexibilität der additiven Fertigung ermöglichte die umfangreiche Versuchsreihe und die Umsetzung von 33 verschiedenen Projektildesigns. So können auch weitere Erkenntnisse aus kommenden Erprobungsphasen ins Design einfliessen. (msc)

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Inhalt der Schrotpatrone: dreiteiliges Projektil, Schnur, Absorber, Treibspiegel, Treibladung, Hülse mit Bodenkappe. (Bilder: Exaparts)


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Exaparts

Die Firma Exaparts arbeitet mit dem Lasersinterverfahren SLS und dem «MultiJet Fusion»-Verfahren MJF von HP. Angeboten werden komplette Konstruktionslösungen und eine Vielzahl von Vor- und Nachbearbeitungen wie das Röntgen von Bauteilen mit eigenen Röntgenanlagen und das Drucken reparierter Bauteile oder die Veredelung von Funktionsteilen mit Gewindeeinsätzen.www.exaparts.ch