Die Rolle der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrtindustrie
AM (Additive Manufacturing – Additive Fertigung) wird die herkömmliche Fertigung der Luft- und Raumfahrtindustrie nie vollständig ersetzen können und soll es auch nicht. Bestimmte Teile können nicht in 3D gedruckt werden und einige Materialien, die Titan und Stahl sind unersetzlich. Das heißt jedoch nicht, dass der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt keine Rolle spielt. Vielmehr ist Essentium, Inc.® der Ansicht, dass AM als Ergänzung zu herkömmlichen Fertigungsmethoden in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu betrachten ist.
Die Luft- und Raumfahrtindustrie gehörte zu den ersten Anwendern der AM-Technologie. Die Ingenieure und Konstrukteure sind ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, Flugzeuge leichter, schneller und kraftstoffeffizienter zu machen. Sie erkannten früh, dass 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt Zeit und Geld beim Design einspart, das Gewicht erheblich reduziert und komplexe Teile und Werkzeuge in einem Stück fertigen kann. AM trägt darüber hinaus durch schnelleres Scheitern zu Innovation im Flugwesen bei.
Additive versus herkömmliche Fertigung
Zu wissen, was nicht funktioniert, ist in der Luft- und Raumfahrtbranche genauso wichtig, wie zu wissen, was funktioniert, denn es gibt keinen Spielraum für Fehler. Alles muss einwandfrei funktionieren. Dank der bewährten Methoden der subtraktiven Fertigung wissen die Ingenieure, wie das Ergebnis aussieht. Dennoch sind die vielen Schritte und Iterationen der Gussformherstellung während der Prototypentwicklung ein langwieriger und kostspieliger Prozess.
AM beseitigt viele Designbeschränkungen, weil komplexe Geometrien als nahtloses Teil gedruckt werden können. Dank verbesserter Materialien wird der Druck von stärkeren und gleichzeitig leichteren Teilen und Werkzeugen möglich. Fortschritte wie die High-Speed Extrusion-Technologie (HSE) von Essentium ermöglichen es den Herstellern, das Design schnell zu iterieren und unter verschiedenen Belastungen auf Fehlerstellen zu prüfen. Wenn während des Drucks ein Fehler entdeckt wird oder eine Designänderung erforderlich ist, drücken sie auf Abbrechen, geben die neue Datei ein und drucken erneut. Sie müssen nicht wochenlang warten, bis eine fehlerhafte Form eintrifft, um dann die Probleme zu erkennen. Trotz Herausforderungen wie der mühsame Prozess der Zertifizierung von Filamenten und die Leistungsprüfungen von 3D-gedruckten Teilen gemäß den Standards der FAA oder des Verteidigungsministeriums (DoD) kann die Geschwindigkeit, mit der Ingenieure das endgültige Design fertigstellen, von Monaten auf Tage reduziert werden.
Aktueller Stand der AM in der Luft- und Raumfahrt
Die Anwendung, die sich am besten für AM in der Luft- und Raumfahrt eignet, ist die Herstellung von Lehren und Vorrichtungen für die Bodenausrüstung und die Flugzeugwartung. Die Zahl der Anwendungsfälle für 3D-gedruckte Teile in der Luft ist noch gering, da die Belastungen während des Fluges sehr hoch sind. Die Industrie befindet sich noch in der Anfangsphase der Entwicklung von Zertifizierungen für flugkritische 3D-gedruckte Teile. Derzeit ist der 3D-Druck noch auf weniger wichtige, nicht tragende Flugzeugteile wie Becherhalter, Toilettendeckel, Luftkanäle und anwenderspezifische Innenverkleidungen beschränkt. Eine Anwendung in der Luft- und Raumfahrtbranche, für die sich AM besonders gut eignet, ist die Wiederherstellung von defekten Teilen und Werkzeugen, wenn beispielsweise der Rahmen eines Armaturenbretts gesprungen ist oder ein Griff an einem Steuerhebel abbricht. Wenn ein kritisches Ersatzteil nicht über die üblichen Lieferketten beschafft werden kann, ermöglicht der 3D-Druck das Reverse Engineering. Das Originalteil kann mit CAD gescannt werden. Innerhalb weniger Stunden ist ein neues Teil gedruckt. Veralterung ist eine der wichtigsten Triebfedern für den Einsatz von AM in der Luft- und Raumfahrtindustrie und wird im dritten Teil dieser Serie näher erläutert.
Die Zukunft der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt
Essentium ist davon überzeugt, dass ein kombinierter Ansatz die besten Ergebnisse für die Luft- und Raumfahrtbranche bringen wird. Die Kombination von AM mit konventionellen Fertigungsmethoden wird es den Konstrukteuren ermöglichen, schnell und kostengünstig Luft- und Raumfahrtkonzepte der nächsten Generation zu entwickeln und zu testen.
Aufgrund der vielversprechenden Verringerung des Gewichts und der Möglichkeit, mehrere Teile mit komplexen Geometrien in einem einzigen gedruckten Teil zusammenzuführen, reduzieren sich die Montageschritte es werden neue Anwendungen wie leichte autonome Flugdrohnen möglich. Deshalb sieht Essentium eine wachsende Liste von Möglichkeiten für tragende 3D-gedruckte Teile. In dem Maße, in dem Konstrukteure mit der AM-Technologie vertrauter werden und die zuständigen Behörden die erforderlichen Zertifizierungsstandards für 3D-gedruckte Teile schaffen, ist damit zu rechnen, dass von Flugzeugtürverriegelungen bis zu Drohnenflügeln und Motorkomponenten alles auf AM umgestellt wird.
Der Schlüssel zur Einführung von AM in der Luft- und Raumfahrtindustrie wird die Entwicklung von Materialien der nächsten Generation sein, die den Belastungen von Flügen standhalten. Essentium ist bekannt für sein Fachwissen in den Bereichen Materialwissenschaft und Chemie und bietet ein Portfolio an hochtemperaturbeständigen, faserverstärkten und ESD-sicheren Filamenten an, die bereits auf dem Markt oder in Entwicklung sind. Die für Luft- und Raumfahrtanwendungen optimierten Essentium-Materialien haben die Festigkeit von Stahl bei einem Bruchteil des Gewichts und der Kosten. Sie erfüllen alle Flammbarkeits-, Rauch- und Toxizitätsstandards der Branche während des Flugs.
