3D-Druck: Komponente für Raumfahrzeuge

Ein neuer Titaneinsatz für Verbundplatten aus additiver Fertigung reduziert die Masse herkömmlicher Lösungen um rund 70 Prozent. Durch eine Partnerschaft können die Unternehmen Atos und Materialise High-End-Produkte und fortschrittliche Engineering-Lösungen für 3D-Druck anbieten.

Atos, ein Anbieter digitaler Services, und Materialise NV, ein Anbieter von Software und Lösungen in der additiven Fertigung und 3D-Druck, stellen einen neuartigen Titaneinsatz für Raumfahrzeuge vor. Durch den gemeinsamen Ansatz können beide Unternehmen qualitativ hochwertige und innovative Lösungen im 3D-Druck anbieten. Das Produkt wurde auf der European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing ECSSMET 2016 vorgestellt.

Marta García-Cosío, Head of Mechanical Engineering bei Atos Spanien, sagt: „Wir sind stolz auf diese Innovation. Durch die Schaffung dieses komplexen Produktes als Metall-additive Fertigung in so kurzer Zeit gehören Atos und Materialise zu den führenden Anbietern von Metall-3D-Drucklösungen. Die Gewichtsreduktion ermöglicht es, eine Vielzahl nützlicher Geräte in Satelliten einzusetzen und führt bei jedem Start zu einer erheblichen Kosteneinsparung.“

70 Prozent weniger Gewicht

Die hochbelastbaren Einsätze dienen als Befestigungspunkte, um große und schwere Strukturen zu heben. Atos und Materialise konnten das Gewicht der Komponente auf ein Drittel des ursprünglichen Gewichts reduzieren. Dadurch verbessern sich einige Eigenschaften sowie die Gesamtleistung des Materials. Beide Unternehmen verwendeten moderne Techniken für Topologie-Optimierung und des Designs von Gitterstrukturen, um die Masse des Einsatzes von 1’454 Gramm auf 500 Gramm zu senken.

Die Einsätze dienen in der Luft- und Raumfahrt dazu, hohe mechanische Belastungen in Strukturen wie Satelliten zu übertragen. Üblicherweise bestehen die ziegelförmigen Einsätze aus Aluminium oder Titan, da sie mittels Zerspanung gefertigt werden. Sie sind vollständige Festkörper, was ihre Masse über das notwendige Maß erhöht. Dank additiver Fertigung kann der Innenraum der Objekte ausgehöhlt bleiben oder mit Leichtbaustrukturen gefüllt sein. Ausfüllendes Material wird nur dann verwendet, wenn es notwendig ist. Aktuell kostet jedes Kilogramm Material in der Umlaufbahn rund 20’000 Dollar. Jedes eingesparte Gramm eröffnet neue Möglichkeiten.

Die Konstrukteure standen vor der Herausforderung, traditionelle Konzepte zu verbessern. Das Design musste von der Konzeptionsphase bis zur Fertigung die Anforderungen der Raumfahrt erfüllen. Das Know-how von Atos in der Luft- und Raumfahrt und bei Struktursimulationen hat dazu beigetragen, die Außenseite und das Innere der neuen Komponente zu entwerfen sowie deren Gesamtleistung zu verbessern. Das Team von Atos und Materialise besteht aus Experten der Bereiche Luft- und Raumfahrt, Computer Aided Engineering, Konstruktion, Materialwissenschaften und additive Fertigung.

Der Einsatz aus Titan wurde von Metall-3D-Druckern gefertigt, in einem als Selective Laser Melting (SLM) bezeichneten Prozess. Metall-3D-Druck hat ein großes Potenzial für die Luft- und Raumfahrt, da es Durchlaufzeiten verringert und ohne zusätzliche Werkzeuge auskommt. Materialise hat zwei Einsätze in seinem Bremer Kompetenzzentrum für Metall-3D-Druck hergestellt und damit in Produktion und Software-Entwicklung seine Expertise in der fortschrittlichen Fertigung unter Beweis gestellt.

Partnerschaft im industriellen 3D-Druck

Die Partnerschaft von Atos und Materialise im Bereich 3D-Druck für High-End-Engineering-Dienstleistungen ist in Europa einzigartig. Die Zusammenarbeit soll Experten helfen, additive Fertigung auf industriellem Niveau einzusetzen. Diese können so Lösungen für 3D-Druck von der Konzeption bis zur Fertigung einsetzen, ergänzt durch Advanced Engineering. Die Entwickler-Teams beider Unternehmen arbeiten weiterhin zusammen, um eine End-to-End-Lösung anzubieten. Atos und Materialise bilden eine leistungsstarke Kombination für künftige Fertigungsprojekte.

Die Einsätze entstanden im Rahmen der Studie „Additive Manufacturing Hot Bonded inserts in sandwich structures“, die von beiden Unternehmen verfasst und auf der ECSSMET 2016 vorgestellt wurde. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, dass zunehmend  Metallkomponenten aus additiver Fertigung in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.