3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt

3D-Druck optimiert den Arbeitsablauf in der Luft- und Raumfahrtindustrie

3D-Druck, auch als additive Fertigung bekannt, hat den Fertigungsablauf in der Luft- und Raumfahrt durch die Integration eines hohen Maßes an Flexibilität, Effizienz und Innovation rationalisiert.

Rationalisierung von Design und Prototyping

Die Luft- und Raumfahrtindustrie, bekannt für ihre komplexen Komponenten und strengen Qualitätsanforderungen, setzt auf 3D-Druck, um Design und Prototyping zu optimieren. Ingenieure können nun Designs schnell iterieren und Luft- und Raumfahrtkomponenten mit hoher Präzision und weniger Materialabfall testen und verfeinern.

Reduzierung von Vorlaufzeiten und Kosten

Durch die Integration des 3D-Drucks in den Fertigungsablauf konnten Luft- und Raumfahrtunternehmen die mit der Teileproduktion verbundenen Vorlaufzeiten und Kosten deutlich reduzieren. Herkömmliche Fertigungsmethoden erfordern oft mehrere Schritte und Werkzeuge, die den Prozess jeweils zeitaufwändiger und teurer machen. Im Gegensatz dazu können mit dem 3D-Druck komplexe Geometrien in einem einzigen Schritt ohne zusätzliche Werkzeuge hergestellt werden, was zu schnelleren Produktionszeiten und geringeren Kosten führt.

Verbesserung der Lieferketteneffizienz

Die Luft- und Raumfahrtindustrie profitiert von der Möglichkeit des 3D-Drucks, Teile bedarfsgerecht zu produzieren. Dies vereinfacht die Bestandsverwaltung und reduziert den Lagerbedarf. Dank dieser bedarfsgerechten Produktion können Hersteller zudem schnell auf den Bedarf an Ersatzteilen reagieren und so die Ausfallzeiten ihrer Flugzeuge minimieren.

Anpassung und Komplexität

Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexen inneren Strukturen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren oft nicht zu erreichen sind. Dadurch können Luft- und Raumfahrtingenieure leichtere und dennoch stabilere Teile konstruieren und so zur Gesamteffizienz und Leistung von Luft- und Raumfahrzeugen beitragen.

Bildquelle: Airbus

3D-Druckanwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Prototyping und Tests

Der 3D-Druck wird häufig zum Erstellen detaillierter Prototypen für aerodynamische Tests und Designvalidierungen verwendet, was eine schnelle Iteration und Verfeinerung von Teilen wie Tragflächen, Rumpfabschnitten und Motorkomponenten vor der endgültigen Produktion ermöglicht.

Endverbrauchsteile

Luft- und Raumfahrtunternehmen nutzen zunehmend den 3D-Druck zur Herstellung von Endverbrauchsteilen. Dazu gehören Komponenten wie Halterungen, Rohrleitungen und sogar komplexere Teile wie Treibstoffdüsen und Turbinenschaufeln, die von der Gewichtsreduzierung und den komplexen Geometrien des 3D-Drucks profitieren.

Werkzeugbau

Mittels additiver Fertigung werden kundenspezifische Werkzeuge für die Produktion von Luft- und Raumfahrtkomponenten hergestellt, darunter Vorrichtungen, Halterungen und Gussformen, die im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugherstellungsverfahren schnell und kostengünstiger produziert werden können.

On-Demand-Fertigung

Die Möglichkeit, Teile nach Bedarf zu drucken, verringert die Notwendigkeit großer Lagerbestände und ermöglicht die Produktion von Teilen auf Abruf, insbesondere für ältere Flugzeuge, für die möglicherweise keine Ersatzteile mehr produziert werden.

Individualisierung für kleine Chargen

Für militärische oder spezielle Luft- und Raumfahrtanwendungen ermöglicht der 3D-Druck die individuelle Anpassung von Teilen in kleinen Chargen, um den spezifischen Missionsanforderungen gerecht zu werden, ohne dass große Produktionsläufe erforderlich sind.

Reparatur und Wartung

Der 3D-Druck bietet neue Methoden für die Reparatur und Wartung von Flugzeugteilen. Anstatt ein ganzes Bauteil auszutauschen, können beschädigte Bereiche mithilfe der additiven Fertigung wiederhergestellt werden, was die Lebensdauer des Teils verlängert.

Komplexe Geometrien und Leichtbaustrukturen

Die Designfreiheit des 3D-Drucks ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexen Innenstrukturen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht möglich sind. Dies führt zu leichteren Komponenten, die ihre Festigkeit und Haltbarkeit beibehalten, was für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist.

Integration von Elektronik

Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie ermöglichen die Integration von Elektronik in gedruckte Teile und ebnen den Weg für innovative Lösungen wie sensorintegrierte Komponenten und intelligente Strukturen.

Bildquelle: TCT Magazine

Geeignete 3D-Druckmaterialien und -verfahren für die Luft- und Raumfahrtindustrie

3D-Druckmaterialien für Luft- und Raumfahrtteile

Thermoplaste und Polymere

Dies sind die am häufigsten verwendeten Materialien im 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt. Sie bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Gewicht, Festigkeit und Flexibilität. Beispiele hierfür sind PEEK und ULTEM, die eine hervorragende thermische und chemische Beständigkeit bieten.

● PEEK (Polyetheretherketon): Ein Hochleistungsthermoplast mit hervorragender mechanischer und chemischer Beständigkeit. Er ist bekannt für seine Langlebigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit und eignet sich daher für kritische Komponenten in der Luft- und Raumfahrt.

● ULTEM (Polyetherimid): Ein weiteres Hochleistungspolymer mit hervorragender thermischer Stabilität und Festigkeit. Es ist flammhemmend und kann in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, was für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist.

Metalllegierungen

Metalle wie Titan, Aluminium und Nickellegierungen werden aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und ihrer Haltbarkeit bevorzugt. Sie werden häufig für kritische Komponenten wie Motorteile und Strukturelemente verwendet.

● Titanlegierungen : Diese werden aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und ihrer Korrosionsbeständigkeit bevorzugt. Titanlegierungen werden aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Bedingungen häufig bei der Herstellung von Flugzeugzellenstrukturen und Triebwerkskomponenten verwendet.

● Aluminiumlegierungen : Leichte und robuste Aluminiumlegierungen werden für eine Vielzahl von Teilen in der Luft- und Raumfahrt verwendet, darunter Halterungen und Gehäuse. Sie lassen sich im Vergleich zu anderen Metallen leichter bedrucken und bieten eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit.

● Nickellegierungen: Nickellegierungen sind für ihre hohe Temperaturbeständigkeit und Festigkeit bekannt und eignen sich ideal für Teile wie Turbinenschaufeln und Abgassysteme. Sie behalten ihre Eigenschaften auch unter thermischer Belastung und sind daher für motorbezogene Komponenten unverzichtbar.

Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe, die mit Kohlefaser- oder Glasfaserverstärkungen ausgestattet sein können, werden aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit eingesetzt. Sie eignen sich besonders für Teile, die zusätzliche Steifigkeit erfordern, ohne das Gewicht wesentlich zu erhöhen.

● Kohlenstofffaserverstärkte Polymere : Diese Verbundwerkstoffe bieten hohe Steifigkeit und Festigkeit bei geringem Gewicht. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Gewichtseinsparungen entscheidend sind, beispielsweise bei der Herstellung von Rumpfplatten und Flügelstrukturen.

● Glasfaserverstärkte Polymere : Glasfaserverbundwerkstoffe sind zwar nicht so stark wie Kohlefaser, bieten aber dennoch erhebliche Gewichtsvorteile und werden in weniger kritischen Komponenten verwendet, bei denen Kosteneinsparungen im Vordergrund stehen.

3D-Druckverfahren für die Luft- und Raumfahrt

Fused Deposition Modeling (FDM)

FDM wird aufgrund seiner Kosteneffizienz und der Möglichkeit, große Teile zu drucken, häufig für die Prototypen- und Werkzeugherstellung verwendet. Dabei werden thermoplastische Filamente Schicht für Schicht durch eine beheizte Düse extrudiert.

Selektives Lasersintern (SLS) und Selektives Laserschmelzen (SLM)

Diese Pulverbettschmelzverfahren werden zur Herstellung komplexer Metall- und Polymerteile verwendet. Ein Laser sintert selektiv pulverförmiges Material, um feste Strukturen zu bilden.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

EBM ähnelt DMLS, verwendet jedoch einen Elektronenstrahl anstelle eines Lasers. Es eignet sich besonders für den Druck von Metallteilen mit hoher Dichte und hervorragenden mechanischen Eigenschaften.

Material Jetting

Material Jetting bietet hohe Präzision und ermöglicht den Druck von Teilen mit mehreren Materialien oder Farben. Es funktioniert durch das Ausstoßen von Materialtröpfchen, die mit UV-Licht ausgehärtet werden.

Bildquelle: TCT Magazine

3DSPRO 3D-Drucklösungen für die Luft- und Raumfahrt

3DSPRO bietet fortschrittliche 3D-Drucklösungen speziell für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Mit einem Schwerpunkt auf den Technologien Selective Laser Sintering (SLS), Multi Jet Fusion (MJF) und Selective Laser Melting (SLM) für die Luft- und Raumfahrtindustrie verfügen wir über Erfahrung in der Herstellung von Luft- und Raumfahrtkomponenten, einschließlich spezieller Raketenteile.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie stellt höchste Ansprüche an Qualität und Präzision. 3DSPRO erfüllt diese Anforderungen mit strukturell soliden und leistungsoptimierten Komponenten. Mit den 3D-Drucklösungen von 3DSPRO profitieren Kunden aus der Luft- und Raumfahrt von kürzeren Lieferzeiten, niedrigeren Kosten und einer verbesserten Produktleistung. Kosten für 3D-Druck von Luft- und Raumfahrtteilen ansehen >>