Luftfahrt: Design-zu-3D-Druck-Lösung verkürzt Bauteilvorlaufszeit

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Hexagon und Stratasys haben die Köpfe zusammengesteckt. Was Anwender von Kunststoffteilen aus der Luftfahrt respektive Raumfahrt davon haben.

Hexagon Manufacturing Intelligence und Stratasys, Anbieter von 3D-Drucklösungen für Kunststoffe, stellen eine neue Lösung vor, die Herstellern in der Luftfahrt hilft, das Vertrauen in die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von 3D-gedruckten Kunststoffkomponenten zu stärken und die Markteinführungszeit zu verkürzen. Die Kombination von Virtual Engineering und Fertigung ermöglicht Kunden erhebliche Zeiteinsparungen. Der zwei- bis dreijährige Konstruktions- und Testaufwand für ein Bauteil kann nun auf sechs bis neun Monate verkürzt werden.

Das bringt die Partnerschaft den Anwendern in der Luftfahrt

Anwender von Ultem 9085, einem Druckmaterial von Stratasys, können im Rahmen einer neuen Partnerschaft für die Leistungsprognose gedruckter Teile Materialmodellierungssoftware Die Materialmodellierungssoftware  von Hexagon nutzen. Der Werkstoff kommt bei der Bauteilefertigung für die Innenausstattung von Flugzeugen zum Einsatz, wie beispielsweise Halterungen, Teile für Kabelführungen, Abdeckungen und Leitungskomponenten, die für die Zertifizierungsanforderungen, beispielsweise im Bereich Entflammbarkeit und Toxizität, unerlässlich sind. Für diese Anwendungen nutzt Airbus seit 2014 die FDM-Technologie. Einige Kunden verwenden das Material auch für die Innenausstattung von Flugzeugen. So nutzt zum Beispiel die Firma Diehl Aviation das Material für die Herstellung von Vorhängen, die die Kabinenklassen des Airbus A350 trennen.

Diese Zertifizierungen erfüllt die Desing-zu-Druck-Lösung

In der Luftfahrt ist es von entscheidender Bedeutung, dass das Druckmaterial die Zertifizierungsstandards erfüllt. Ultem 9085 ist ein flammenhemmendes Hochleistungsthermoplast mit hohem Festigkeits-/Gewichtsverhältnis, hervorragender Hitzebeständigkeit sowie hoher Stoßfestigkeit und weist optimale Flamm-, Rauch- und Toxizitätseigenschaften (FST) auf. Die Materialmodellierungssoftware gibt Ingenieuren ein validiertes Werkzeug an die Hand, mit dem sie prüfen können, wie sich dieses Material mechanisch in einem Produktdesign verhält, wenn es mit zwei kompatiblen Druckern gedruckt wird.

Mit der Materialmodellierungssoftware  können Ingenieure das Verhalten der Bauteile, die auf zugelassenen Stratasys-Druckern mit Ultem 9085 gefertigt wurden, vorhersagen. Ermöglicht wird dies durch ein hochpräzises virtuelles Materialmodell, das auf der Basis physikalischer Tests von den beiden Unternehmen gemeinsam entwickelt wurde und das detaillierte Informationen über die innere Mikrostruktur des Materials enthält. Die Prozesssimulationsfunktionen der Software unterstützen Hersteller dabei, Fehler wie das Verziehen eines Bauteils zu vermeiden. Außerdem können so Druckzeit und Materialkosten für die proprietären Druckerwerkzeugwege dieser Maschinen für optimale Ergebnisse geprüft werden.

Was Luft- und Raumfahrtingenieure davon haben

Höhere Sicherheit – Flugzeuge unterliegen strengen Bestimmungen. Hersteller müssen den Behörden die Leistung des Bauteils überzeugend darlegen. Bisher bedeutete dies jahrelange Tests. Mit der Materialmodellierungssoftware  können jetzt Ingenieure das Bauteilverhalten sicher vorhersagen.

Raschere Markteinführung – Durch besseres Verständnis der Material-Leistungsfähigkeit und geringere Anzahl physischer Prototypen-Durchläufe wird die Entwicklung- und Einführungszeit neuer Teile – und damit auch der Flugzeuge – erheblich verkürzt und Innovationen beschleunigt.

Besseres Verständnis – Bisher wussten Ingenieure nicht, wie sich die Materialeigenschaften Druckbahn für Druckbahn und Schicht für Schicht auf ein komplexes geometrisches Teil auswirken. Dies hat zu zeitaufwändigen und kostspieligen Testverfahren geführt, die auf der Grundlage von Materialproben-Datensätzen und nicht realen Bauteilgeometrien basieren, was bedeutet, dass ein Test nie vollständige Gewissheit über die Leistungsfähigkeit des Materials liefert.

Darüber hinaus lassen sich wesentlich mehr Durchläufe eines Bauteils in erheblich kürzerer Zeit durchführen. So verstehen Ingenieure wesentlich besser, was auf dem Markt erfolgreich ist.

Nachhaltiges Design in der Luftfahrt

Ingenieure können prüfen, ob ein Teil mit dem 3D-Drucker herstellbar ist, und nutzen Materialien optimal für die Gewichtsverringerung von Flugzeugen oder Raumfahrzeugen.

Guillaume Boisot, Leiter des ICME, Hexagon Manufacturing Intelligence Division erklärt: „Die Luft- und Raumfahrtindustrie geht bei Leistung und Innovation kontinuierlich an die Grenzen des Machbaren. Das Vertrauen in die Leistung additiv gefertigter Bauteile beschränkt ihre Anwendung meist auf hochspezialisierte Metallteile. Die Partnerschaft verkürzt die Konstruktions- und Testphasen, erweitert das Verständnis des Verhaltens von Kunststoffen und beschleunigt so den Innovationsprozess im gesamten Sektor.“

Scott Sevcik, Vice President des Geschäftsbereichs Luft- und Raumfahrt für Stratasys, fügt hinzu: „Die Herausforderung, sowohl komplexe Bauteile leichter zu gestalten als auch geringe Stückzahlen wirtschaftlich zu produzieren, war entscheidend für die Luft- und Raumfahrtbranche, den 3D-Druck in die Fertigung einzuführen. Damit etabliert sich der Sektor in Bezug auf diese Technologie als Vorreiter. Dies bedeutet auch, dass sie als erste Branche eine Reihe von Herausforderungen erkannt hat. Eine der wichtigsten ist der Bedarf an digitalen Werkzeugen, die Vertrauen in 3D-gedruckte Bauteile schaffen. Unsere Partnerschaft mit Hexagon ist ein großer Fortschritt bei der Lösung dieses Problems, da sie den Ingenieuren im Vorfeld des 3D-Drucks dieselben Informationen zur Verfügung stellt, die sie auch bei herkömmlichen Verfahren haben.“

Ab sofort steht die Virtual-Engineering-Lösung Anwendern der Materialmodellierungssoftware zur Verfügung. Stratasys-Kunden können über die Materials-Exchange-Funktionen Zugang zu detaillierten Materialkarten anfordern und Toolpaths direkt aus der Insight-Software importieren.

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