3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt

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).