KW 23/2016

Laserschmelzen setzt Flugzeuge auf Diät

3D-Bauteile aus Hochleistungsmetallen © toolcraft
3D-Bauteile aus Hochleistungsmetallen © toolcraft
In der Luftfahrt zählt jedes Gramm. Der Grund: Selbst geringe Gewichtsersparnisse senken Verbrauch und Emissionen über die Lebensdauer eines Flugzeuges merklich.

Eine der erfolgversprechendsten Methoden, leichte Flugzeuge der neuesten Generation noch weiter „auf Diät zu setzen“, sind additive Fertigungsverfahren, auch 3D-Druck genannt (Flugzeugbauteile aus dem Drucker).

Da Gewichtsreduzierung im Flugzeugbau eine wesentlich entscheidendere Rolle spielt als etwa in der Automobilindustrie, stellt die Luftfahrtindustrie auch bei dieser Zukunftstechnologie die Speerspitze der Innovation dar. Nun ist ein weiterer Durchbruch gelungen. Ein mittelständisches Unternehmen aus Mittelfranken entwickelt ein innovatives Verfahren weiter, das die Serienfertigung von Flugzeugbauteilen aus dem Drucker weiter vorantreibt.

Additive Fertigungsverfahren bauen ein Werkstück Schicht für Schicht auf und ermöglichen so die Herstellung von effizienten Leichtbaustrukturen. Damit der 3D-Druck sein revolutionäres Potenzial voll entfalten kann, wird stets an der Verbesserung des Verfahrens hinsichtlich Produktivität und Kostenreduktion gearbeitet.

Das Unternehmen toolcraft aus dem mittelfränkischen Georgensgmünd hat sich dieser Herausforderung gestellt. Dabei gelang dem 3D-Druck in Metall der Sprung zur anerkannten Fertigungstechnologie, die nun erstmals in der Luftfahrtindustrie angewendet wird. Beim Laserschmelzen werden Hochleistungsmetalle wie Titan bzw. Nickelbasislegierungen mittels Laser aufgeschmolzen, sodass sich die Partikel verbinden. Dadurch wächst das Bauteil sinnbildlich im 3D-Effekt in die Höhe.

„Bisher bedurfte es zunächst einer Werkzeugform und zusätzlicher Fertigungsschritte, wie die Zerspanung, um ein neues Werkstück herzustellen. Nun können wir die Werkstücke durch Laserschmelzen direkt im Metallpulverbett ohne Zwischenschritte aufbauen“, erklärt Christoph Hauck, Geschäftsführer von toolcraft. „Außerdem lassen sich kurzfristige Änderungen am Design quasi auf Knopfdruck umsetzen – ein riesiger Vorteil bei der Erprobung innovativer Ideen oder der weiteren Verbesserung einzelner Bauteile.“

Die Vorteile des innovativen Laserschmelz-Verfahrens liegen auf der Hand: die Herstellung komplexer Geometrien, die Verarbeitung schwer zerspanbarer Materialien sowie eine werkzeuglose Bauteileerzeugung innerhalb kürzester Zeit bei besonders geringem Werkstoffabfall. Die neue Technologie ermöglicht es so, ganze Prozesse von Grund auf neu und in vielen Fällen wirtschaftlicher zu gestalten. Beispielsweise können bis dato komplexe Baugruppen nach geringen Designänderungen in einem Stück produziert werden.

„Das Metall-Laserschmelzen bietet vollkommen neue Möglichkeiten – bei herausragender Wirtschaftlichkeit“, so Christoph Hauck. „Gewichtsreduktionen von bis zu 30% zum konventionellen Bauteil sind möglich, und das bei geringeren Stückkosten.“ Ökologische und ökonomische Ziele gehen somit Hand in Hand: geringere Emissionen und verbesserte Wettbewerbsfähigkeit. 

Auch die Qualität der Ergebnisse überzeugt, genügt sie doch selbst den hohen Anforderungen der Luft- und Raumfahrt. Die Airbus-Tochter Premium AEROTEC ist der führende Partner für die Anwendung dieser Technologie im Flugzeugbau und unterzeichnete  Mitte 2015 einen Kooperationsvertrag mit toolcraft. „Wir freuen uns sehr, in Premium AEROTEC einen Kooperationspartner zu haben, der die Entwicklung in dem Bereich des Metall-Laserschmelzens vorantreiben möchte“, so Christoph Hauck.

Die beiden Kooperationspartner wollen ihre Kompetenzen und Erfahrungen gemeinsam dazu nutzen, die Entwicklung von Bauteilen mittels Metall-Laserschmelzen voranzutreiben. Dies umfasst sowohl die Herstellung und Qualitätssicherung des Pulvers als auch die Fertigung und Nachbearbeitung der Teile. Diverse Applikationen in Rumpf- bzw. Triebwerkssektionen sind bereits zugelassen.

 

Video:

https://www.youtube.com/watch?v=IlDUt0DXEfI