3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt

3D-Druck von Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt

Führende Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie verbessern mit Hilfe der additiven Fertigung ihre Reaktionsfähigkeit auf sich schnell verändernde Lieferketten und die Verfügbarkeit von Arbeitskräften – von der bedarfsgerechten Wartung und Instandhaltung von Ersatzteilen in der kommerziellen Luftfahrt bis hin zu Innovationen im Bereich der urbanen Luftfahrt.

Wie wurde der 3D-Druck von Verbundwerkstoffen bisher in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, und wie kann er in Zukunft genutzt werden?

Warum nutzt die Luft- & Raumfahrt die additive Fertigung?

Additive Fertigung bietet modernen Herstellern die einfachste Möglichkeit, mit Materialien zu bauen, die sie bereits kennen, und erweitert das Spektrum dessen, was mit neuen technologischen Entwicklungen möglich ist. Fertigen Sie Carbonfaser-Verbundwerkstoffe für den Endgebrauch unbeaufsichtigt über Nacht. Überspringen Sie mehrwöchige Vorlaufzeiten und beschleunigen Sie die Kosten für Prototypen, Werkzeuge und Vorrichtungen aus Verbundwerkstoffen. Drucken Sie Teile aus Hochleistungsthermoplasten mit ausgezeichneten Flamm-, Rauch- und Toxizitätseigenschaften (FST) mit den Festigkeits- und Gewichtsvorteilen einer kontinuierlichen Kohlenstofffaserverstärkung (CFR).

Um in einer streng regulierten Branche wettbewerbsfähig zu sein, müssen OEMs, MRO-Dienstleister, kommerzielle Fluggesellschaften und andere Akteure der Branche Sicherheit und Leistung in den Vordergrund stellen, gleichzeitig aber auch strenge behördliche Richtlinien einhalten und Wege zur Steigerung der Effizienz im Unternehmen finden.

Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren bietet die additive Fertigung handfeste technische und geschäftliche Vorteile für Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt: Schnelligkeit und kurze Vorlaufzeiten, optimierte Konstruktionen, Kosteneffizienz, Druck direkt am Ort des Bedarfs mit verteilter Fertigung und geringerer Bedarf an Werkzeugen.

Hohe Festigkeit, geringes Gewicht
Im Laufe der Zeit wurden Flugzeugteile, die traditionell aus Aluminiumlegierungen hergestellt wurden, zunehmend durch Verbundwerkstoffe, wie z. B. Kohlefasern, ersetzt – heute besteht eine Boeing 787 zu 50 % aus Verbundwerkstoffen und zu 80 % aus Volumen.
Warum finden die Hersteller in der Luft- und Raumfahrt immer neue Anwendungen für Verbundwerkstoffe? Mit der Einführung von 3D-gedruckten Teilen als Flugzeugkomponenten ist es zwingend erforderlich, das Gewicht der Teile zu minimieren – dies kann zu einer Verbesserung der Treibstoffeffizienz bei gleichzeitiger Minimierung der CO2-Emissionen führen.

Wenn beispielsweise Aluminium in Flugzeugen und Hubschraubern durch leichtere, gleichstarke Verbundwerkstoffe ersetzt wird, kann das Gesamtgewicht für jedes ausgetauschte Teil leicht in der Größenordnung von mehreren Kilogramm reduziert werden.
Ein geringeres Gewicht darf jedoch nicht auf Kosten der Festigkeit oder der Materialeigenschaften des Teils gehen – jedes hergestellte Teil muss strengen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen genügen.

Das Drucken von Carbonfaser-verstärkten Teilen mit Materialien, die für die Luft- und Raumfahrt geeignet sind, auf der Digital Forge kann zu Teilen führen, die so stark sind wie 6061-T6-Aluminium und gleichzeitig eine erhebliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zu Metallteilen mit vergleichbarer Stärke bieten.

Materialeigenschaften
Neben hoher Festigkeit und geringem Gewicht müssen Materialien für Luft- und Raumfahrtanwendungen auch korrosionsbeständig sein und einem breiten Spektrum von Betriebstemperaturen standhalten können. Luft- und Raumfahrttaugliche Materialien wie Onyx FR-A, Carbon Fiber FR-A und ULTEM™ 9085* Filament (bedruckbar auf dem FX20) können den Betriebstemperaturen der meisten Luft- und Raumfahrtanwendungen standhalten.

Einhaltung gesetzlicher Vorschriften
Die Luft- und Raumfahrtindustrie unterliegt strengen Vorschriften. Um sich für den Flug zu qualifizieren, müssen alle Flugzeugteile und -materialien von der zuständigen Aufsichtsbehörde – wie der Federal Aviation Administration (FAA) oder der European Aviation Safety Agency (EASA) – zugelassen werden.

Hersteller in der Luft- und Raumfahrt müssen nachweisen, dass ihre Teile und Materialien die FAA-Anforderungen für eine umfassende Reihe von Prüfkriterien erfüllen, z. B. Festigkeit, Haltbarkeit, UV-Belastung, Flüssigkeitsempfindlichkeit, Vibration, Rückverfolgbarkeit und Flammen-, Rauch- und Toxizitätstests (FST).

3D-Druck Material für die Luftfahrt:

Markforged Materialien speziell für die Luftfahrt

Mit Onyx FR-A und Carbon FR-A Endlosfaser sowie ULTEM™ 9085 Filament sind Materialien, die speziell für die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt wurden. Sie sind flammhemmend und erfüllen die FST-Anforderungen für Flugzeuginnenräume.

Praxisbericht:

Individuelle Lösungen für Flugzeugkabinen

Cabin Management Solutions (CMS) wurde 2019 gegründet und ist ein kleines, privates Unternehmen für Kabinenmanagement und Unterhaltungssysteme in Conroe, Texas. Obwohl CMS relativ jung ist, haben zwei der Gründer, Jeff Pike und Jeff McCormick, zusammen über 35 Jahre Erfahrung im Bereich der Luftfahrt.

„In der Luft- und Raumfahrtindustrie sind Qualität und kurzfristige Anpassungsfähigkeit entscheidend für den Erfolg. Markforged liefert mehr als das.“ – Jeff Pike, Stellv. Leiter Technik, Cabin Management Solutions

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Praxisbericht:

3D-Druck in der elektrischen Luftfahrt

Die VOCUS GmbH wurde 2019 gegründet, um die Additive Fertigung in den Bereichen Forschung und Entwicklung sowie Rapid Prototyping voranzutreiben. 
Eines der spannenden Forschungsprojekte ist die Entwicklung und Herstellung eines Plug-in hybriden Antriebstrangs für Luftfahrtanwendungen, auf die wir in diesem Bericht näher eingehen.

„Wir konnten unsere Forschungsprojekte im Bereich neue Elektromobilität mit dem hybriden Antriebsstrang enorm beschleunigen. Den Zeitaufwand der Iterationsschleifen in der Teilentwicklung z.B. für die Batteriehalterungen haben wir mehr als halbiert und die Kosten dadurch drastisch reduziert.“ – Stefan Senger, CEO AdvanTEc und VOCUS GmbH

Praxisbericht:

NASA JPL setzt auf Markforged 3D-Drucker

Das Team CoSTAR des NASA JPL ist das führende Institut für die robotergestützte Erforschung des Sonnensystems und nutzt die Markforged-Technologie, um im Rahmen der DARPA Subterranean Challenge die Grenzen der unterirdischen Forschung zu erweitern.

Lernen Sie mehr über den 3D-Druck mit Endlosfasern!

Für welche Anwendungen eignet sich welche Endlosfaser? Wie konstruiere ich richtig für den Filament-3D-Druck? Was sagen Anwender dazu und wo finde ich weitere Infos? – Genau hier sind Sie richtig! Wir haben einige Informationsmöglichkeiten aufgelistet, über die Sie direkt zu den passenden Antworten kommen.

Composite Design Guide

DfAM – Wie konstruieren Sie Ihr Bauteil am besten für den 3D-Druck mit Verbundstoffen? In diesem Ratgeber erhalten Sie wertvolle Tipps zur Konstruktion und der Materialauswahl.

3D-Druck in der Fertigung

In diesem Ratgeber gehen wir auf die vielfältigen Anwendungsgebiete für den 3D-Druck in der industriellen Fertigung ein. Wie können Sie eine gute Anwendung ermitteln?

Primetall Anwenderbericht

In diesem praktischen Anwenderbericht von Primetall konnten mit Hilfe von 3D-Druck individuelle Vorrichtungen gedruckt werden. Es wurde praktisch “um die Ecke gebohrt”.
 

Webinar Verbundfaser 3D-Druck

Erfahren Sie, für welche Anwendung welches Material funktioniert und wie Sie es mit EIGER individuell im Bauteil einlegen können.
 
 

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