Herausforderungen beim Einsatz additiver Fertigung in der Luft- und Raumfahrt
Hersteller stehen ständig vor neuen Herausforderungen. Sie sehen sich mit zahlreichen Themen konfrontiert – von Produktionskosten, Sicherheit, Zeitersparnis und besseren Arbeitsbedingungen für Mitarbeitende bis hin zu den Umweltfragen, die der Gesellschaft, in der sie tätig sind, innewohnen.
Ihre Produktionsprozesse müssen kontinuierlich überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie technologisch stets auf dem neuesten Stand bleiben. Die Luftfahrtbranche gehört zu den anspruchsvollsten: Die eingesetzten Komponenten müssen robust sein und unterschiedlichen Umgebungen standhalten, sie müssen leicht sein und so wenig wie möglich belasten – bei gleichzeitig maximaler Sicherheit.
All diese Faktoren veranlassen Luft- und Raumfahrthersteller, neue Methoden einzusetzen – eine innovativer als die andere. Dazu zählt die additive Fertigung (oder 3D-Druck), die Kosten, Durchlaufzeiten und Materialeinsatz reduzieren kann, während hohe Qualitätsstandards eingehalten und die Produktleistung verbessert werden.
Dennoch sind noch erhebliche Hürden zu überwinden, bevor sich die additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt breit durchsetzen kann. An erster Stelle steht die Sicherstellung, dass während der Produktion strenge Sicherheitsanforderungen erfüllt werden und alle Teile den branchenregulierten Normen entsprechen. Zudem kann ein beschleunigter Produktionsprozess höhere Anfangsinvestitionen in Anlagen sowie Schulungen des Personals für die sichere Nutzung erfordern.
Additive Fertigungstechnologien müssen validiert werden, um sicherzustellen, dass sie die regulatorischen Anforderungen erfüllen und zugleich gegenüber traditionellen Verfahren wirtschaftlich sind. All diese Faktoren bedeuten, dass Hersteller für eine erfolgreiche Integration der additiven Fertigung äußerst wachsam bleiben und selbstverständlich alle geltenden Sicherheitsstandards einhalten müssen. Additive Fertigung für die Luft- und Raumfahrt ist zweifellos eine vielversprechende Technologie, die stets bereit ist, den sich wandelnden Anforderungen der Hersteller in diesem Bereich gerecht zu werden.
Vorteile des 3D-Drucks in der Luftfahrt
Die Luftfahrtindustrie ist ein anspruchsvoller Sektor, der eine rigorose Produktion und die konsequente Einhaltung der geltenden Normen erfordert. Die additive Fertigung bietet der Luftfahrt zahlreiche Vorteile.
Herstellung leichter Komponenten
Die Luft- und Raumfahrtindustrie muss sich ständig mit einem der größten Kostenfaktoren in der Produktion auseinandersetzen: Treibstoff. Neben der Umweltbelastung wird Treibstoff zunehmend teurer. Um diese Kosten deutlich zu senken, müssen leichtere Teile gefertigt werden. Traditionelle Fertigungsverfahren (oder subtraktive Fertigung) stoßen bei der Gewichtsreduzierung von Komponenten an ihre Grenzen, während die additive Fertigung sowohl in Bezug auf Struktur als auch Haltbarkeit hervorragende Ergebnisse liefert.
Der Einsatz additiver Fertigung reduziert nicht nur das Gewicht eines Fahrwerks um 25 %, sondern verbessert auch dessen strukturelle Integrität – ohne Verbindungselemente wie Schrauben und Bolzen. Kurz gesagt: Neben der Gewichtsreduzierung von Komponenten und damit dem Treibstoffverbrauch ermöglicht der 3D-Druck eine höhere Festigkeit von Flugzeugbauteilen.
Herstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie
Luft- und Raumfahrtkomponenten erfordern hochkomplexe geometrische Konstruktionen, um in engste Einbauräume zu passen – von Hubschrauberteilen bis zu Turbinentriebwerken. Statt komplexe Einzelteile zu fertigen und am Ende zu montieren, können Konstrukteure heute per 3D-Druck ein komplettes Modell mit internen Komponenten erstellen – ohne zusätzliche Montage.
Der Prozess ist so effizient, dass er sogar für die additive Fertigung in angetriebenen Luftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Auf Basis von CAD-Daten (Computer-Aided Design) erzeugt ein 3D-Drucker ein einzelnes Teil, in dem komplexe Geometrien und innere Abmessungen vollständig enthalten sind.
Mit additiver Fertigung lassen sich komplexe Teile in kurzer Zeit und mit minimalem Aufwand herstellen – mit einer großen Bandbreite an Materialien wie Metall und Carbonfasern.
Schnelleres, effizienteres Prototyping
Luft- und Raumfahrtingenieure können mit 3D-Druck Prototypen schnell erstellen und testen und vermeiden dabei die für traditionelle Fertigungsprozesse typischen Formen sowie ausgelagerte Produktion.
Dieser Vorteil einer schnelleren Markteinführung verschafft Luft- und Raumfahrtunternehmen einen klaren Vorsprung gegenüber ihren Wettbewerbern im gemeinsamen Wettlauf um Marktführerschaft.
Höhere innere Festigkeit von Bauteilen
Wenn kleine Komponenten zu einem größeren Objekt zusammengefügt werden, kann die Gesamtfestigkeit der Struktur beeinträchtigt werden. Mit additiver Fertigung können Konstrukteure jedoch komplette Teile ohne Verbindungsstellen herstellen, die die Struktur schwächen könnten – unabhängig davon, ob es sich um Hohlräume oder interne Komponenten handelt. Darüber hinaus kann die additive Fertigung Verbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt optimal nutzen – ein Bereich, in dem sie gegenüber traditionellen Produktionsmethoden einen klaren Vorteil hat.
Dank additiver Fertigung und der Technik des Schichtaufbaus können Sie sich auf jeden Bereich der Komponente konzentrieren, der unterschiedlichen äußeren Einflüssen standhalten muss (atmosphärischer Druck usw.). Das Endprodukt ist dadurch umso widerstandsfähiger.
Geringerer Bedarf an Materiallagerung
Die Luft- und Raumfahrt verfügt über eine umfangreiche Lieferkette und zählt damit zu den komplexesten Industrien. Um sicherzustellen, dass Teile bei Bedarf verfügbar sind, halten viele Luft- und Raumfahrtunternehmen große Lagerbestände vor – was Gemeinkosten und logistische Probleme erhöht.
Additive Fertigung ist ein schnelles und effizientes Verfahren, das es Luft- und Raumfahrtherstellern ermöglicht, Komponenten – einschließlich maßgeschneiderter Teile – selbst herzustellen, und zwar in deutlich kürzerer Zeit und zu geringeren Kosten als über die standardmäßige Lieferkette. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, große Mengen zu lagern.
Geringere Herstellungskosten
Durch den Einsatz additiver Fertigung in der Luft- und Raumfahrt können Unternehmen bei der Herstellung von Prototypen Zeit und Geld sparen.
Im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren, die bis zu 98 % Abfall erzeugen, ermöglichen 3D-Drucktechniken die schnelle Erstellung präziser Modelle zu minimalen Kosten.
Darüber hinaus macht diese revolutionäre Technologie teure Formen überflüssig und verkürzt Projektlaufzeiten erheblich. Der Hauptvorteil der additiven Fertigung liegt in ihrer Fähigkeit, Materialabfall zu reduzieren und damit die Produktionskosten zu senken.
Es fallen zwar Anfangskosten an, diese amortisieren sich jedoch schnell durch die langfristigen Einsparungen. Damit ist die additive Fertigung eine äußerst kosteneffiziente Option für Hersteller, die Kosten senken und gleichzeitig die Effizienz steigern möchten.
Traditionelle und additive Fertigung für die Luft- und Raumfahrtindustrie
Die additive Fertigung, besser bekannt als 3D-Druck, ist ein innovatives Verfahren, bei dem Objekte Schicht für Schicht aus einem dreidimensionalen digitalen Modell aufgebaut werden. Diese Technik ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht realisierbar sind. Im Gegensatz zu subtraktiven oder traditionellen Fertigungsprozessen, bei denen Material in eine Form eingebracht wird und nach dem Trocknen oder Abkühlen überschüssiges Material durch Schneiden entfernt wird, verfolgt dieses Verfahren einen völlig anderen Ansatz. Statt Material von einer bereits vorhandenen Form abzutragen, wird neues Material hinzugefügt, bis die gewünschte Form und Struktur erreicht ist. Die additive Fertigung für die Luft- und Raumfahrtindustrie bewältigt erfolgreich Herausforderungen wie Abfallreduzierung, Senkung des Treibstoffverbrauchs, Zeitersparnis und Verbesserung der Rentabilität.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Luft- und Raumfahrtindustrie bei der Konformität der hergestellten Teile äußerst sorgfältig sein muss. Die konventionelle Fertigung verfügt bereits über einen strengen Spezifikationsprozess, was bei der additiven Fertigung nicht in gleicher Weise der Fall ist. Um die Präzision und Qualität additiv gefertigter Teile zu gewährleisten, muss zu Beginn der Entwicklung jedes Projekts ein eindeutiges Verfahren festgelegt werden.
Die Luft- und Raumfahrtindustrie steht daher vor einer Reihe von Herausforderungen im Bereich der additiven Fertigung – nicht zuletzt, sicherzustellen, dass jedes produzierte Teil identisch mit dem vorherigen ist, um die Produktionsstandards einzuhalten. Für Zulieferer ist es zudem schwierig, Tests zu bestehen und Vorschriften einzuhalten, da 3D-Druck noch eine relativ neue Technologie ist, was die Fertigung von Teilen im großen Maßstab erschwert. Kurz gesagt: Luft- und Raumfahrtzulieferer müssen sicherstellen, dass ihre Produkte den Anforderungen entsprechen, wenn sie diese moderne Fertigungsmethode in ihre Prozesse integrieren.
3D-Druck in der Luftfahrt: eine erfolgreiche Reise in die Zukunft des Fliegens?
Additive Fertigung bzw. 3D-Druck ist in der Luft- und Raumfahrt ein relativ neues Konzept, könnte jedoch helfen, die Branche zu transformieren und voranzutreiben. In anderen Sektoren hat die additive Fertigung ihren Nutzen bereits bewiesen, und auch in der Luft- und Raumfahrt werden ihre Möglichkeiten getestet. Sie verspricht höhere Designkomplexität, leichtere und stärkere Komponenten, niedrigere Produktionskosten und kürzere Durchlaufzeiten.
Die 3D-Drucktechnologie ermöglicht eine schnellere Herstellung von Teilen als die traditionelle Fertigung – bei gleichbleibendem Niveau der Qualitätssicherung. Zudem bietet die additive Fertigung die Möglichkeit, kundenspezifische Komponenten zu erstellen, die andernfalls teure Werkzeuge oder manuelle Arbeit erfordern würden. Schließlich reduziert diese neue Technik die körperliche Belastung der Mitarbeitenden, indem sie die Ergonomie verbessert und die Anzahl der Übergaben von einer Maschine zur nächsten verringert.
Die additive Fertigung bietet somit eine spannende Chance, die Art und Weise zu revolutionieren, wie Flugzeuge entworfen, hergestellt und gewartet werden, da Unternehmen in diesem Bereich ständig nach Innovationen suchen, um robuste, widerstandsfähige und sichere Produkte anzubieten und gleichzeitig ihre wirtschaftliche Rentabilität zu steigern.
Die Technologie entwickelt sich ständig weiter, und Hersteller sind bestrebt, sich mit ihr weiterzuentwickeln, die Vorteile zu nutzen, die sie bieten kann, und immer effizientere und innovativere Materialien zu produzieren.
