Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT
Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT

Aerospace

Die Luft- und Raumfahrt Branche ist prädestiniert für die umfassenden Möglichkeiten der Additiven Produktion. So wirken sich beispielsweise gewichtsoptimierte Bauteile positiv auf die Gesamtmasse Ihrer Flugsysteme aus. Strömungsoptimierte Bauteile steigern die Leistung von Raketen- und Flugzeugantrieben. Außerdem können Wärmetauscher und Hydraulikkörper deutlich effizienter gestaltet werden und bieten dadurch nicht nur im Bauteil selbst, sondern auch im Zusammenspiel des Gesamtsystems einen Mehrwert. Im Bereich von Prototypen können die Entwicklungszyklen verkürzt und im Ersatzteilgeschäft Ausfallzeiten minimiert werden. Somit ist die Additive Produktion vor allem dort für Sie von großer Bedeutung, wo konventionelle Herstellungsverfahren durch die geforderte Bauteilkomplexität an Ihre Grenzen stoßen oder Zeit in Form von Kosten eine übergeordnete Rolle spielt.
Mit unserem umfassenden Produktportfolio und jahrelanger Erfahrung im Technologietransfer, bieten wir Ihnen innovative Lösungsansätze und schöpfen gemeinsam mit Ihnen die Potentiale Ihrer Herausforderungen ab.
 

© Fraunhofer IAPT

Additive Produktion in der Raumfahrt

Als die Geschichte der Raumfahrt ihren Lauf nahm ging es zunächst darum das Unmögliche zu schaffen: ins All fliegen, einen Menschen ins All befördern und später sogar bemannt bis zum Mond und zurück zu fliegen. Auch erste Satelliten, kleine Raumstationen und die Erforschung des Unbekannten standen im Vordergrund.
Heute ist die Raumfahrt ein existenzieller Bestandteil der modernen Menschheit. Nicht nur für Deep Space Exploration, sondern auch für Erdobservierungen, Forschung in der Schwerelosigkeit, Navigation und Telekommunikation wird ein Zugang zum All benötigt.
Wo bis vor ein paar Jahrzehnten die Kosten für Raumfahrt sekundär waren, sind diese heute von fundamentaler Bedeutung. Das heißt nicht nur in Satelliten und Raumsonden, sondern auch in den Launch Systemen sind neue Technologien erforderlich, um den Bedarf am Markt zu erfüllen. Eine der Herausforderung ist es die Produktionskosten und die operative Kosten zu senken und Gleichzeit die Payload Kapazitäten zu erhöhen.
Beides lässt sich mit den Additiven Produktionstechnologien optimieren. Durch die erhöhte Design Freiheit lassen sich gewichtsoptimierte Geometrien für Strukturbauteile erzeugen und auf der anderen Seite eine Funktionsoptimierung für beispielsweise strömungsabhängige Bauteile, wie in den Antrieben oder den Wärmetauschern herstellen. Auch durch die geringen Stückzahlen und die schnellen Reaktionszeiten ist die Raumfahrt prädestiniert für Additive Produktionstechnologien.

Additive Produktion in der Luftfahrt

Das Potential in der Luftfahrt ist s enorm. Das Fraunhofer IAPT (vorher LZN) begleitet Airbus seit 2009 als strategischer Partner bei der Umsetzung ihres Change-Prozess hin zur Additiven Produktion . Topologie-Optimierungen, Bauteil- und Funktionsintegrationen, das Prozessieren neuer Materialien und das Senken der Produktionskosten sind hier Bestandteil unserer Kernkompetenzen. Die Entwicklungen der letzten Jahre zeigen, dass in den Bereichen Industrie 4.0 und Qualitätssicherung weitere große Herausforderungen liegen. Auch hier unterstützt Sie das Fraunhofer IAPT aktiv mit neuen innovativen Entwicklungsansätzen. Unsere Expertise im Bereich des Bauteil-Designs konnten wir durch diverse Forschungsarbeiten in den Bereichen Design-Guidelines und neuen Design-Methoden erlangen und stätig verbessern. Beispielsweise konnten wir unser Know-how in einem der wohl bekanntesten Bauteile im Metall 3D-Druck überhaupt einbringen, dem sogenannten Airbus A350 FCRC-Bracket. Weitere Beispiele sind der A380 Fuel-Connector, der A320 Door-Stopper oder der Helikopter Bell Crank.   

Ein weiterer strategischer Schritt in der Umsetzung des Change-Prozesses bei Airbus war die Übertragung des Know-hows an die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Im Jahr 2014 haben wir für unsere Partner ein maßgeschneidertes Schulungsprogramm entwickelt, in dem die Theorie und Praxis des 3D-Drucks vermittelt wurde . Mittlerweile gilt das Fraunhofer IAPT als Pionier in dem Bereich und hat mit seiner Academy über 1.200 Ingenieure und andere Fachkräfte im Bereich der Additiven Produktionstechnologien geschult (allein 600 davon in der Luft- und Raumfahrt)

© Farunhofer IAPT

GenFLY

Im Projekt GenFLY ging es um die Schaffung der Grundlagen zur Qualifizierung von AM in der Luftfahrt. Hier wurden unter anderem Pulverherstellungsprozesse untersucht und bestehende Prozessüberwachungs-Systeme evaluiert. Darüber hinaus wurden Wärmebehandlungsverfahren wie der HIP Prozess und Design-Methoden für Titan (Ti6Al4V) untersucht. Ein mit den Projektpartnern Liebherr Aerospace und Airbus Group entstandener Use-Case aus dem Projekt ist ein AM-Design optimierter Rotorblatt-Umlenkhebel, der bei geringeren Herstellungskosten einen gleichzeitigen Gewichtsvorteil bietet.

Die Untersuchungen wurden aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi), FKZ 20W1305G, und 20W1501M gefördert

ALM2Air

Im Fokus steht die Steigerung des Leichtbaupotentials von AM-Bauteilen. In der Material- und Prozessentwicklung betrachten wir Design-Grenzen, die Nacharbeitsprozesse und die Betriebsfestigkeit von hochfesten Aluminium-Legierungen. Beim Ti6Al4V liegt der Fokus auf der Charakterisierung mechanischer 3D-Oberflächen-Nachbehandlungsmethoden sowie Oberflächenkonditionierung. Im Rahmen einer effizienten Prozesskette & Qualitätssicherung werden Supportstrukturen untersucht und Pulveralterungseffekte betrachtet sowie Richtlinie abgeleitet, die in die Erstellung von Standards mit einfließen. Zusätzlich betrachten wir neue Designprinzipien und -konzepte, wie beispielsweise die Entwicklung von bionischen Mikrostrukturen für ALM Strukturbauteile, oder auch Simulationsmethoden, die den Fertigungsprozess betrachten und eine Aussage über mögliche Verzüge und Eigenspannungen vorhersagen können.

FCRC-Bracket

Das FCRC-Bracket, welches aus dem Airbus A350XWB stammt verbindet den Teil der Kabine, in dem die Crew auf Langstreckenflügen ihre Ruhepause einlegen kann, mit der Außenstruktur des Flugzeuges (FCRC: Flight Crew Rest Cabin). Bereits im Jahr 2012 ist das Projekt in Kooperation zwischen dem Fraunhofer IAPT (damals LZN), Airbus und Concept Laser entstanden. Hierbei fielen die Optimierung, die Designübersetzung und das Drucken des Brackets in unseren Kompetenzbereich. Das Projekt konnte einen Meilenstein im Metall 3D-Druck demonstrieren, indem es alle Anforderungen übertraf und als erste gedrucktes Metall-Teil erfolgreich im zivilen Flugbetrieb getestet wurde. Im Jahr 2014 sind die Partner mit dem Bauteil Finalist beim „Innovationspreis der deutschen Wirtschaft“ gewesen und konnte den zweiten Platz gewinnen.  

BDLI

Um gezielt die Themen der nahen Zukunft angehen zu können engagiert sich das Fraunhofer IAPT in industriellen Arbeitskreisen, wie zum Beispiel dem BDLI (Bundesverbands der deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie). Hier sind wir Mitglied im „Additive Manufacturing in Aerospace“ Kernkompetenz-Team, wo Partner aus Industrie und Forschung die Strategie für den 3D-Druck für die kommenden Jahre diskutieren und festlegen. Unter anderem wird hier gezielt an den Themen AM-Prozess, AM-Design und AM-Oberflächen gearbeitet, die wir stetig mit unserer Forschungs-Roadmap abgleichen.  

A380 Fuel-Connector

Mit dem A380 Fuel-Connector sollte getestet werden, ob auch hochkomplexe Bauteil-Gruppen von insgesamt 14 verschiedenen Einzelteilen zu einem einzigen zusammengefasst werden können um dadurch die Prozess-Schritte zum fertigen Bauteile von 18 auf 5 zu reduzieren. Die reinen Produktionskosten würden sich somit um 50% reduzieren.