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FLUG REVUE 05/2016

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Technik 3D-Druck mit

Technik 3D-Druck mit Metallen Der gedruckte Rohrkrümmer findet sich im Leitungssystem des Airbus A400M. und finale Zerspanungsarbeiten wie das Fräsen von Nuten sind nötig. „Das Drucken macht am Gesamtprozess nur etwa 10 bis 20 Prozent aus“, sagt Schimanski. Dennoch schlägt der 3D-Druck beim Faktor Zeit klassische Fertigungsmethoden. Doch ist er auch billiger? „Das kann man nicht grundsätzlich sagen“, so Thomas Brockhoff, Leiter der additiven Fertigung in Varel. Man müsse jeden Einzelfall betrachten. Der gedruckte Rohrkrümmer ist laut Bensch um bis zu IM FOKUS STEHT DIE FUNKTION UND NICHT DIE FERTIGUNG 30 Prozent günstiger als die gegossene Variante. Gerade im Vergleich zu zerspanenden Verfahren ist der Materialausnutzungsgrad beim Laserschmelzen höher. Beim Zerspanungsprozess benötigt man für ein Kilogramm Bauteil rund zehn Kilogramm Material, bei der additiven Fertigung nur etwa 1,15 Kilogramm. Brockhoff rechnet vor: „Gegenüber einem gefrästen Titanbauteil können wir bei der additiven Fertigung die Kosten pro Kilogramm nahezu halbieren.“ Doch die additive Fertigung hat ihre Grenzen: Zum einen ist sie eher für Kleinst- und Kleinserien bis 2000 Stück geeignet, zum anderen ist die Größe der Bauteile durch den Platz in der Maschine, den sogenannten Bauraum, limitiert. Premium AEROTEC verfügt momentan über vier Anlagen des Herstellers Concept Laser mit ein oder zwei Laserstrahlen: drei kleine mit einer Kantenlänge von 250 x 250 x 250 Millimetern und eine große mit 630 x 400 x 500 Millimetern. Die Faserlaser haben in den kleinen Anlagen eine Leistung von 400 Watt, in der großen sind es 1000 Watt. Im Mai soll eine noch größere Anlage hinzukommen, sie hat einen Bauraum von 800 x 400 x 600 Millimetern und zwei Faserlaser à 1000 Watt. Auf einer Druckplatte können je nach Größe mehrere Bauteile gleichzeitig gefertigt werden. Dazu werden sie raumoptimiert ineinander verschachtelt angeordnet. Pro Druckvorgang, der auch als Baujob bezeichnet wird, verbrauchen die Anlagen rund 20 Kilowatt Energie. Neben Fertigungszeit und -kosten liegt die wohl größte Chance des 3D- Drucks aber in den neuen Freiheiten, die sich für Konstrukteure auftun. „Man kann von einem Paradigmenwechsel in der Luftfahrt sprechen“, sagt Marc Schimmler, Leiter Core Engineering und Technologie bei Premium AEROTEC in Augsburg. Während beim Rohrkrümmer für die A400M das Design noch eins zu eins übernommen wurde, muss bei künftigen Bauteilen keine Rücksicht darauf genommen werden, ob konventionelle Maschinen sie herstellen kön- nen. Durch diese Funktionsorientierung sind Formen möglich, die an Stellen mit hoher Belastung viel, an Stellen mit geringer Belastung wenig Material aufweisen. Für solche bionischen Designs dient die Natur als Inspiration. Beispielsweise der menschliche Knochen, Matthias Bensch (li.) und Marc Schimmler prüfen Teile für die Serienfertigung. Links gedruckt, rechts gefräst: ein hydraulischer Steuerblock für die A320. 66 FLUG REVUE MAI 2016 www.flugrevue.de

der bei geringem Gewicht extrem widerstandsfähig ist. Das bietet großes Potenzial für Gewichtseinsparungen im Flugzeugbau, wo jedes Kilogramm zählt. Zum Leichtbaupotenzial kommt bei der Konstruktion von gedruckten Bauteilen noch ein weiterer Aspekt hinzu: „Wir reden zum ersten Mal darüber, dass sich der Designer über Ästhetik Gedanken machen muss“, sagt Schimmler. Denn, so seine Erfahrung, schöne Dinge verkaufen sich nicht nur besser, sondern überzeugen meist auch mit ihrer Funktionalität. Doch die neuen Möglichkeiten in der Konstruktion sind auch eine Herausforderung. Umdenken ist gefordert. „Für Konstrukteure ist das unheimlich schwierig“, sagt Schimmler. Zumal sich auch bei der Designsoftware und den Berechnungstools noch einiges tun muss, um der additiven Fertigung gerecht zu werden. Die bislang verwendete Konstruktionssoftware ist ebenso subtraktiv wie die bisherigen Fertigungsverfahren, die nach dem Prinzip des Materialabtragens funktionieren. Wenn diese Startschwierigkeiten einmal überwunden sind, wartet laut Schimmler schon die nächste Revolution: „Mit additiver Fertigung lassen sich Strukturen mit Systemen verbinden!“ Beispielsweise sei es denkbar, dass Luftleitungen direkt in die Spanten im Flügel integriert werden. Das wäre ein weiterer Schritt hin zum Extremstleichtbau. WEITERE BAUTEILE FÜR DIE SERIENFERTIGUNG GEPLANT Bei Premium AEROTEC wird sondiert, welche weiteren Bauteile sich für die additive Fertigung eignen. Interessant sind vor allem Teile, die komplex und schwierig zu bauen sind. Dazu gehören neben Kabinenbrackets für Passagierjets auch Halterungen für die Raumfahrt. „Der Vorteil bei der additiven Fertigung: Der Komplexitätsgrad beeinflusst den Preis nicht“, sagt Schimmler. Mehrere Bauteile seien schon in der Pipeline, allein für dieses Jahr ist der Übergang von zehn Teilen in die Serienfertigung geplant. Künftig soll neben Titan auch Pulver anderer Legierungen verarbeitet werden. Und vermutlich werden in den nächsten Jahren weitere der leise surrenden Maschinen hinzukommen, die Schicht für Schicht Flugzeugbauteile drucken. FR ULRIKE EBNER Kai Schimanski zeigt einen Rohrkrümmer, der in der Laserschmelzanlage im Hintergrund entstanden ist. Größere Bauteile sind momentan noch nicht möglich. Ein herkömmliches T-Stück für das Treibstoffsystem der A400M (li.) besteht aus 142 Einzelteilen, eine Designstudie (re.) für die additive Fertigung nur aus 49. Auch andere Hersteller drucken Metallteile in Serie Einspritzdüsen im LEAP-Triebwerk von CFM International: Für die Serienfertigung hat der US-amerikanische Triebwerkshersteller GE Aviation ein neues Werk in Auburn, Alabama, aufgebaut. In der klassischen Fertigung werden die Einspritzdüsen aus 20 Einzelteilen zusammengesetzt, mit dem Laserschmelzverfahren werden sie aus einem Stück gefertigt. In jedem LEAP-Triebwerk sind 19 davon verbaut. Das Ausgangsmaterial ist Kobalt-Chrom-Pulver. Die gedruckten Einspritzdüsen sind nach Angaben von GE 25 Prozent leichter als herkömmlich gefertigte Teile. Leitschaufeln in Verdichter, Klammern und Boroskopaugen im Getriebefan von Pratt & Whitney: Im PW1500G für die Bombardier CSeries kommen Leitschaufeln im Verdichter und sowie Klammern zum Einsatz, die per Laser- und Elektronenstrahlschmelzen hergestellt werden. Zugangsöffnungen für die Inspektion, sogenannte Boroskopaugen (Foto), in der Niederdruckturbine des A320neo-Antriebs PW1100G-JM stammen vom deutschen Triebwerkshersteller MTU in Zusammenarbeit mit EOS aus Krailing. Verwendet wird dafür eine Nickelbasislegierung in Pulverform. Fotos: CFM International, MTU Aero Engines www.flugrevue.de FLUG REVUE MAI 2016 67

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