Vorteile und Beispiele des 3D-Drucks für Luft- und Raumfahrtanwendungen

Wenn sich die Welt von der COVID-19-Pandemie erholt, wird der kommerzielle Flugverkehr voraussichtlich schnell zunehmen. Die Nachfrage zeigt, dass in den nächsten zwanzig Jahren fast 38.000 neue Flugzeugebestellt und gebaut werden. Deshalb müssen Ausrüstungshersteller, Konstrukteure und Zulieferer kostengünstige Lösungen finden, um diese Flugzeuge schnell und effizient zu produzieren.¹

Gleichzeitig sind viele Flugzeuge inzwischen seit Jahrzehnten länger im Einsatz als ursprünglich vorgesehen. Das überrascht nicht, wenn man bedenkt, wie groß und umfangreich die Investitionen in ein Flugzeug sind und in welcher Qualität sie hergestellt werden. Aus diesem Grund kann eine kommerzielle Fluggesellschaft oder ein militärisches Kommando ein Flugzeug erwerben, das zwanzig Jahre oder älter ist. Flugzeuge, die 50 oder 60 Jahre fliegen, sind keine Seltenheit. In vielen Fällen sind die Zulieferer, die Teile für das Flugzeug hergestellt haben, nicht mehr im Geschäft, oder die Originalersatzteile werden nicht mehr hergestellt. Wenn die Pläne für eine benötigte Vorrichtung verloren gehen, ein Spezialwerkzeug beschädigt ist oder sich herausstellt, dass das Material, aus dem das Originalteil gefertigt wurde, bei der Bearbeitung krebserregende Partikel freisetzt, muss das gesamte Flugzeug außer Betrieb genommen werden.

Außerdem ist die Lebensdauer von Teilen und Werkzeugen in der Luft- und Raumfahrtindustrie aufgrund der Belastungen im Flugbetrieb kürzer. Teile fallen aus, werden beschädigt und verschleißen, so dass ein schneller Ersatz und/oder eine schnelle Änderung unerlässlich sind. Dies öffnet die Tür für AM sowohl bei neuen als auch bei alten Flugzeugen mit folgenden Vorteilen:

• Spielraum für Innovationen. Konstruieren und drucken Sie im Handumdrehen die Prototypen und Teile, mit denen die Innovationen der Luft- und Raumfahrt von morgen gebaut und geprüft werden. Als werkzeuglose Technologie kann AM auf einfache Weise anwenderspezifische Teile und Werkzeuge für neue Modelle und Kunden herstellen oder modifizieren, ohne den Zeit- und Kostenaufwand Gussformproduktion.
• Abhilfe bei Veraltung. Bei älteren Flugzeugen ermöglicht der 3D-Druck ein Reverse Engineering. Ein Originalteil kann mit CAD gescannt und ein neues Teil mit hoher Präzision innerhalb weniger Stunden gedruckt werden, um den Betrieb älterer Flugzeuge aufrechtzuerhalten. Selten benötigte Artikel müssen nicht mehr gelagert werden, sondern die benötigten Teile werden einfach nach Bedarf hergestellt.
• Leicht. Geringes Gewicht ohne Abstriche bei der Festigkeit ist das oberste Ziel von AM in der Luft- und Raumfahrt. 3D-gedruckte Teile und Werkzeuge sind um mehr als 50 % leichter und dennoch genauso stabil sein wie ihre mit herkömmlichen Verfahren und Materialien hergestellten Pendants. Jede Verbesserung, die Gewicht reduziert, ist willkommen, weil sie zur Kraftstoffeffizienz und zur Reduzierung der CO2 beiträgt.
• Keine Mindestanforderungen und maximale Flexibilität. Ob Sie eine Komponente benötigen oder hundert, die einzigen Kosten, die entstehen, sind die Kosten für das Filament. Mit dem 3D-Druck verschwindet die Quantität aus der Gleichung. Drucken Sie jeden Tag etwas anderes. Laden Sie einfach das gewünschte Material und die digitale Datei und produziere Sie komplexe, leichte Strukturen in einem Stück. Mit dem 3D-Druck können die verschiedensten Flugzeugteile und Werkzeuge ohne zeitraubende Umrüstung der Werkzeuge hergestellt werden.

3D-Druckanwendungen für die Luft- und Raumfahrt

Aus diesen und anderen Gründen gehörte die Luft- und Raumfahrtindustrie zu den ersten Anwendern der 3D-Drucktechnologie. Heute gibt es viele hochkarätige Beispiele für 3D-gedruckte Teile in der Luft- und Raumfahrt und auch in der extra-orbitalen Raumfahrt. Beispielsweise Komponenten wie leichte Triebwerksteile, Halterungen für Flugzeugflügel, leichte Rotorblätter und Motorkomponenten für autonome Drohnen und sogar Satellitenantennen aus Metall für Raumfahrzeuge im 3D-Druckverfahren hergestellt. Der Himmel (und darüber hinaus) ist die Grenze für AM in der Luft- und Raumfahrt.

Die größten Möglichkeiten für 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt bietet heute die Herstellung von Werkzeugen für die Bodenausrüstung. Diese Beispiele zeigen jedoch die wachsende Rolle von AM bei tragenden, flugkritischen Teilen. Es kann erwartet werden, dass diese Liste noch länger wird, wenn neue hochfeste Extrusionswerkstoffe auf den Markt kommen, die den hohen Temperaturen und den in der Luft- und Raumfahrt üblichen korrosiven Substanzen standhalten. Im vierten Teil dieser Serie werden wir mehr über die besten Extrusionsmaterialien für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt berichten.