innovatiQ x400: In Luft und Raum

Gerade in den letzten Jahren hat sich in der Fertigung in der Luft- und Raumfahrtbranche viel verändert. Es hat ein innovativer Wandel vom einstigen Prototyping zur revolutionären Produktion von Fertigungswerkzeugen und deren tatsächlichen Einsatz in der Produktion stattgefunden. Dies spiegelt sich ebenfalls in den kürzlich veröffentlichten Ergebnissen der International Data Corporation (IDC) wider, die aufzeigen, in welchem Umfang europäische Unternehmen der Luft- und Raumfahrtbranche die Additive Fertigung bereits in ihre vorhandenen Prozesse integriert haben.

Der Trend geht definitiv zur Einführung des additiven Fertigungsverfahrens, denn die neue Technologie bietet die Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung und Herstellung komplexer Strukturen, bei einer größeren Flexibilität der Formen und kürzeren Produktionszyklen. Auch Teile, bei denen eine Produktion bislang mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur teilweise möglich war, können nun ohne die üblicherweise benötigten hohen Zeit- und Kostenaufwände gefertigt werden. Bereiteten komplizierte Formen und Designs den Ingenieuren bisher Bauchschmerzen, weil ihre Konstruktionen fertigungsadäquat gedacht sein mussten, spielt die Komplexität für die neue Technologie keine Rolle mehr.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sich nun auch Einzelproduktionen rentieren. In der konventionellen Produktion kostet ein Einzelstück oft unverhältnismäßig viel und rechnet sich erst, wenn es zu tausenden in einer Serienproduktion gefertigt werden kann. Dies führte zu einer Anpassung der Größe der 3D-Drucker. Die Maschinen werden immer größer und schneller. Gerade die Kleinserienfertigung stellt keine Probleme mehr dar und findet zielsicher mehr und mehr Anwendung in der Luft- und Raumfahrtbranche.

PEKK ist als Werkstoff in der Luft- und Raumfahrt besonders attraktiv, weil er trotz geringem Gewicht eine besonders hohe Festigkeit aufweist.

Florian Bautz
Geschäftsführer von German RepRap

„Gerade in den letzten Jahren hat sich in der Fertigung viel verändert. Bereiteten komplizierte Formen und Designs den Ingenieuren bisher Bauchschmerzen, weil ihre Konstruktionen fertigungsadäquat gedacht sein mussten, spielt die Komplexität für die neue Technologie keine Rolle mehr.“

Kunden profitieren von den Vorteilen

Gemeinsam mit den Kunden aus der Branche, wie beispielsweise Airbus Helicopters, widmet sich German RepRap der Weiterentwicklung von Materialen und der Prozessimplementierung, um den individuellen Anforderungen gerecht zu werden. Die Basis dafür ist das einheitliche Verständnis und Wissen für die branchenspezifischen Fertigungsanforderungen. Gesetzliche Vorschriften sowie auch Prozesskomplikationen werden dabei berücksichtigt. Oft sind diese unbeweglicher und langsamer in der Entwicklung als die Technologie selbst. Dabei wird nach Lösungen gesucht, die einen alltäglichen Einsatz der additiven Fertigung möglich und darüber hinaus zu einem technischen Kernbereich weiterentwickeln können. Eine Grundvoraussetzung dafür ist die Schulung der Anwender, da bei der Einbindung eines 3D-Druckers oft ein generelles Umdenken der Benutzer nötig ist. „Der 3D-Druck beginnt im Kopf und muss erst in das Bewusstsein der Konstrukteure und Produktionsplaner gelangen“, so Florian Bautz, Geschäftsführer des deutschen 3D-Drucker Herstellers German RepRap aus Feldkirchen bei München.

Die Extrusionsköpfe der German RepRap-Maschien sind in der Lage Hochleistungswerkstoffe wie PEKK zu verarbeiten.

Klar erkennbarer Nutzen

Konkrete Beispiele wie die Reduzierung der Treibstoffkosten und der damit verbundenen Steigerung der Nutzlastmengen, zeigen, welche Vorteile durch den Einsatz der additiven Fertigung erreicht werden können. Durch eine genaue Berechnung können die Komponenten soweit optimiert werden, dass das Gewicht ohne jegliche Zusatzkosten gesenkt werden kann. Dies ist auf den ersten Blick kaum ersichtlich, spielt langfristig gesehen jedoch eine große Rolle. Der Faktor Gewicht ist in der Luft- und Raumfahrt ein immens wichtiges Thema. Die Umsetzung stellt sich wie folgt dar: das bisherige Design wird mithilfe einer Topologieoptimierung überarbeitet und anschließend neu modelliert. Konkret lässt sich hierdurch je nach Anwendungsfall eine Gewichtseinsparung von bis zu 70 % erzielen.

Allein Kostentechnisch gesehen, lassen sich durch Gewichtsverringerungen über die Lebenszeit erhebliche Kerosin-Mengen einsparen, was sich zusätzlich positiv auf das Thema CO₂ Emissionen auswirkt. Das Potential der neuen Technologie eröffnet der Luft- und Raumfahrt die Möglichkeit, den Treibstoffverbrauch sowie die Freisetzung von klimaschädlichem CO₂ weiter zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Industrie einen wichtigen Teil zum Umweltschutz beitragen. Die gesellschaftliche Relevanz dieses zukunftsweisenden Themas dehnt sich weiter aus und kann auch in der Produktion nicht ignoriert werden.

Die Genialität der additiven Fertigung zeigt sich auch über den Lebenszyklus. Durch längere Haltbarkeit oder den Einsatz als Werkzeug zur effektiveren Fertigung schaffen die Unternehmen einen hohen wirtschaftlichen Mehrwert. Viele Teile werden nun selber produziert. Die Produktion wird flexibler und das Unternehmen ist freier in Bezug auf die Fertigungsprozesse, denn es herrscht keine völlige Abhängigkeit von Lieferanten mehr. Risiken wie Produktionsstillstand und daraus ausgelöste Kosten können somit umgangen werden. Kurzfristige Änderungen im Design der Konstruktionen sind schnell und flexibel angepasst, sodass keine Zeit verloren geht und die Komponenten direkt vor Ort erstellt werden können.

Werkstoff der Zukunft

German RepRap greift auf die langjährigen Erfahrungen und die gemeinsame Zusammenarbeit mit den Kunden zurück, um die hohen Anforderungen zu erfüllen, die an die Materialien im Bereich Luft- und Raumfahrt gestellt werden. Technische und Hochleistungskunststoffe für die Luft- und Raumfahrt, wie z. B. das neu ins Portfolio aufgenommene PEKK Carbon, tragen dazu bei, dass Anwendungen in vielen verschiedenen Industriebereichen effizienter und wirtschaftlicher eingesetzt werden können. Zu den beeindruckenden Eigenschaften des PEKK Carbon zählen u. a. ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit. Je nach Anwendungsfall kann Materialbedingt sogar ein Gewichtsvorteil von bis zu 25 Prozent geschaffen werden. Welche Vorteile die Verwendung leichter Werkstoffe im Hinblick auf Kraftstoffeffizienz und Emissionsreduzierung bringt, wurde bereits erwähnt. Allerdings können diese Faktoren auch zu einer längeren Lebensdauer von Komponenten führen. Das PEKK Carbon ist zudem nicht anfällig für Korrosion, wenn es in der Luftfahrt zum Einsatz kommt.

Wirtschaftlich vorteilhaft

German RepRap hat sich u. a. auf die Luft- und Raumfahrtbranche spezialisiert, da diese eine der Pioniere in der additiven Fertigung ist. Es lassen sich schnell Mehrwerte erzielen, die für die Unternehmen enorme wirtschaftliche Vorteile schaffen. Ein weiterer Grund für das immense Wachstum der additiven Fertigung bei der Herstellung von Luftfahrzeugen, ist die steigende Einführung der Technologie auch bei den Lieferanten der Unternehmen. Das Potential in diesem Sektor ist jedoch noch lange nicht ausgeschöpft.