Die besten Materialien für den 3D-Druck flugtauglicher Teile für die Luft- und Raumfahrt

Wir wissen, dass der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrtindustrie eine schnellere Herstellung von Maschinenkomponenten und Ersatzteilen ermöglicht. Es unterstützt die schnelle Konstruktion und Iteration von Prototypen und ermöglicht die Herstellung von Teilen in beliebiger Menge und Form ohne übermäßigen Materialabfall. Die größte Attraktivität von AM für die Luft- und Raumfahrt liegt jedoch in der Möglichkeit, Flugzeugteile mit der gleichen Festigkeit herzustellen wie Komponenten, die mit herkömmlichen Methoden und Materialien gefertigt werden, und das bei etwa der Hälfte des Gewichts.

Bislang hat sich AM in der Luft- und Raumfahrt am stärksten bei der Bodenausrüstung und nicht tragenden kosmetischen Teilen wie Innenverkleidungen, Knöpfen und Abdeckungen ausgewirkt. Die Entwicklung fortschrittlicher, mit Glas-, Metall- oder Kohlenstofffasern verstärkter Filamente, die die Festigkeit und Temperaturbeständigkeit von Aluminiumteilen erreichen und dabei bis zu 50 % leichter sind, eröffnet jedoch neue, flugkritische Möglichkeiten für AM in Flugzeugen.
In der Luft- und Raumfahrt steht die Sicherheit immer an erster Stelle. Neben hoher Zugfestigkeit, chemischer und thermischer Beständigkeit müssen die für Flugzeugbauteile zertifizierten Materialien die Norm UL 94 für die Sicherheit der Entflammbarkeit mit hohen Flammbarkeits-, Rauch- und Toxizitätseigenschaften (FST) erfüllen. Zwei Harze, die diese Normen erfüllen, sind Polyetherimid (PEI), das beliebteste entflammbare Polymer des Branchenführers SABIC mit dem Handelsnamen ULTEM™, und Polyetheretherketon, auch bekannt als PEEK.

3D-Druckfilamente von Essentium für Anwendungen an Bord des Flugzeugs

Essentium, Inc. bietet sein eigenes PEI-Polymer mit der Bezeichnung Essentium 9085 an. Diese hochleistungsfähige Polyetherimidmischung wird auf der Basis von SABIC ULTEM-Harz hergestellt und verleiht Essentium 9085 eine hervorragende Langzeit-Temperaturbeständigkeit und Zähigkeit. Das Harz ist eine hervorragende Wahl für den Ersatz von Aluminiumteilen und erfüllt die Normen UL 94 sowie FAR 25.853 und OSU 65/65 für Entflammbarkeit, Wärmeentwicklung, Rauchdichte und Toxizität. 3D-gedruckte Teile für die Luft- und Raumfahrt von Essentium 9085 sind ideal für Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, die strenge Anforderungen an Festigkeit, Temperaturverhalten und Entflammbarkeit erfüllen müssen. Beispiele sind Beleuchtungssysteme, elektrische Schalter, Gehäuse und Glühbirnenfassungen.

Essentium PEEK ist ein teilkristallines, hochfestes Polymer, das eine hohe Temperatur- und Flammbeständigkeit aufweist und praktisch undurchlässig für Feuchtigkeit ist. Essentium PEEK ist das Ergebnis einer Partnerschaft mit Lehmann & Voss and Company mit dem Ziel der Entwicklung einer für den 3D-Druck optimierten Polyetheretherketon-Formel. Es ist das leistungsstärkste Material im umfassenden Filamentportfolio von Essentium. Die firmeneigene Formel kristallisiert über einen längeren Zeitraum und mit geringeren Eigenspannungen als die Standard-PEEK-Materialien und sorgt so für eine höhere Druckflexibilität und gleichbleibende Qualität. Essentium PEEK Filament ist daher die bessere Wahl für Anwendungen, bei denen enge Toleranzen wichtig sind, eine maximale Zwischenschichtverbindung gewünscht wird oder Teile mit einem hohen Seitenverhältnis gedruckt werden sollen. PEEK wurde bereits als Ersatz für Triebwerkskomponenten, Lager und Ventile aus Aluminium verwendet und dient als leichtes Rohr zur Isolierung und zum Schutz von Glasfaserkabeln und elektrischen Systemen in Flugzeugen.

Es ist zu beachten, dass sowohl Essentium 9085 als auch Essentium PEEK optimale Bedingungen benötigen, um die höchste Druckqualität zu erreichen. Dazu gehört eine präzise Steuerung der Filamenttemperatur in einer beheizten Kammer, in der die Wärme gleichmäßig um einen speziellen Bauraum verteilt wird. Essentium bietet für Luft- und Raumfahrtanwendungen nicht nur zertifizierte Materialien, sondern auch den Essentium High Speed Extrusion (HSE) 180-HT 3D-Drucker an, der für Hochtemperaturanwendungen und -materialien optimiert ist. Er verfügt über eine verschleißfeste Düse mit Juwelenbestückung, die eine Temperatur von 550 °C erreichen kann, eine versiegelte, multimodal beheizte Kammer, die eine Temperatur von 200 °C erreichen kann, und eine Druckfläche von 690 x 500 x 600 mm (B x T x H) zum Drucken großer Teile.