Concept Laser

«Bionische» Flugzeugkonstruktionen mit 3D-Metalldruck

03.10.14 | Redakteur: Jürgen Schreier

Ein neuer Star am Langstreckenhimmel: der Airbus A350 XWB
Ein neuer Star am Langstreckenhimmel: der Airbus A350 XWB (Bild: Airbus)

Airbus hat soeben für die neue Langstreckenmaschine A350 die Zulassung von der Europäischen Agentur für Flugsicherheit erhalten. Damit steht der Auslieferung nichts mehr im Wege. Zugleich gibt es eine weitere Premiere: das erste generativ hergestellte Titan-Bauteil an Bord des Airbus A350 XWB.

Laserschmelzen mit Metallen gewinnt im Flugzeugbau an Bedeutung. Schnellere Durchlaufzeiten, günstigere Bauteile und eine bislang unbekannte Freiheit in der Formgebung sind auch hier klassische Argumente für das Verfahren der Wahl. Als neue Schlagworte tauchen nun «Leichtbau» und «Bionik» auf.

Neue konstruktive Ansätze bei Flugzeugstrukturelementen

Ein Trend wird erkennbar: Ein generativ geprägtes Verfahren verändert das konstruktive Denken. Bei Flugzeugkonstruktionen können zukünftige Bauteile gezielt die Kraftlinien auffangen und dabei auch noch dem Ansatz des Leichtbaus gerecht werden. Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung paaren sich mit Verbesserungen der Kostenstruktur.

Verbindungselemente, sogenannte Brackets, die im Airbus A350 XWB zum Einsatz kommen, wurden als Finalist mit dem «Innovationspreis der deutschen Wirtschaft 2014» ausgezeichnet. Nach Einschätzung der Jury revolutioniert diese industrieübergreifende Entwicklung die Art, Flugzeugstrukturelemente zu fertigen, und den «Leichtbau» bei Zivilflugzeugen zu realisieren. Bislang war das Bauteil ein gefrästes Teil aus Aluminium (Al), nun ist es ein gedrucktes Teil aus Titan (Ti) mit einer Gewichtseinsparung von ca. 30 %.

Die Argumente für das Laserschmelzen mit Metallen im Flugzeugbau sind Geometriefreiheit und Gewichtsreduzierung. Der Ansatz «Leichtbau» soll den Airlines helfen, ihre Flugzeuge ökonomischer zu betreiben. Für Haltelemente (Brackets) wirkt sich die erzielbare Gewichtsreduktion in tendenziell niedrigeren Treibstoffverbräuchen oder einem Potenzial für erhöhte Flugzeugzuladungskapazitäten aus. Eine neue Flugzeugkonstruktion erfordert tausende von sogenannten FTI (Flight Test Installations)-Brackets mit Kleinststückzahlen.

Additiven Bauteile – über 30 % leichter als Giess- oder Frästeile

Das additive «Layer Manufacturing» ermöglicht es den Konstrukteuren neue Strukturen zu entwerfen. Die additiven Bauteile sind faktisch um mehr als 30 % leichter als konventionelle Giess- oder Frästeile. Hinzu kommt, dass die CAD-Daten unmittelbar Grundlage eines additiven Baujobs sind. Der Entfall von Werkzeugen reduziert die Kosten und beschleunigt die Zeit bis zur Bauteilverfügbarkeit um bis zu 75 %.

Durch die werkzeuglose Natur des Verfahrens ist es nun möglich, bereits früh Funktionsmuster mit seriennahem Bauteilcharakter herzustellen. Dies geschieht ohne Vorlaufkosten für Werkzeuge. So können bereits im frühen Stadium der Konstruktion Fehlerquellen identifiziert und der Projektablauf optimiert werden. Peter Sander, Leiter Emerging Technologies & Concepts, Airbus, Hamburg: «Früher veranschlagten wir für eine Bauteilentwicklung rund sechs Monate – heute ist daraus ein Monat geworden.»

Ergänzendes zum Thema
 
Störgrößen oder Belastungen, denen Flugzeuge ausgesetzt sind

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