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Vision wird Wirklichkeit: Premium AEROTEC startet 3D-Druck von Flugzeugbauteilen

Premium AEROTEC startet im Juli 2014 mit der generativen Fertigung von metallischen Flugzeugbauteilen und will mit diesem Verfahren ab 2016 erste Serienbauteile fertigen. Die neue ALM-Technologie (Additive Layer Manufacturing) hat großes Potenzial, denn sie unterscheidet sich ganz wesentlich von der herkömmlichen Zerspanung: Erstens kehrt sie das Produktionsprinzip vollständig um – anstatt von einem Rohling so lange Material zu entfernen, bis das gewünschte Bauteil übrig bleibt, entsteht dieses durch das Verschmelzen von Pulver. Zweitens ermöglicht sie die industrielle Herstellung bionischer Strukturen.

Die Bionik beschreibt im Grundsatz das Übertragen von Phänomenen der Natur auf die Technik. Das gängigste Beispiel aus dem Alltag ist der den Kletten nachempfundene Klettverschluss. Der Bionik liegt die Annahme zugrunde, dass die belebte Natur durch evolutionäre Prozesse optimierte Strukturen und Prozesse entwickelt, von denen der Mensch lernen kann. Als interdisziplinäres Forschungsfeld zieht die Bionik Naturwissenschaftler und Ingenieure, Architekten, Philosophen und Designer an. Ihr Ziel ist stets ein von der Natur getrenntes technisches Objekt oder Verfahren, nicht das Nutzen und Erweitern von biologischen Prozessen.

In der Luftfahrt hat das „Abschauen von der Natur“ Tradition: So ist das älteste bekannte Beispiel für Bionik die Idee von Leonardo da Vinci, den Vogelflug auf Flugmaschinen zu übertragen. Auch Otto Lilienthal und die Gebrüder Wright beobachteten den Flug großer Vögel und optimierten mit diesen Erkenntnissen ihre jeweiligen Fluggeräte. Auch die heute weit verbreiteten nach oben gezogenen Enden der Tragflächen, wie beispielsweise bei der A350 XWB oder der A320neo, sind den Vogelschwingen entlehnt. Der Einsatz dieser so genannten Winglets verringert die Luftwirbel an den Flügelspitzen und reduziert so den Treibstoffverbrauch um rund fünf Prozent.

Bionische Bauteile bereits im Flugzeug gestestet

Erst im Juli 2014 hat Airbus eine bionisch geformte und im ALM-Verfahren hergestellte Halterung in ein A350-Testflugzeug eingebaut und ist damit auch bereits geflogen. Das aus Titanpulver „gedruckte“ Bauteil (linkes Element im Bild) erfüllt die gleichen Vorgaben hinsichtlich Funktion und Festigkeit wie ein konventionell hergestellter Halter (rechtes Element), bietet darüber hinaus noch weitere Vorteile:

  • Weniger Material, geringeres Gewicht: Das bionisch geformte Bauteil ist im konkreten Fall 30 Prozent leichter. Durch das Aufbauen des Bauteils aus Pulver entfällt der größte Teil des bislang üblichen Abtragens von Material. Das wiederum senkt den Material- und Logistikaufwand.
  • Weniger Energieverbrauch: Im Flugzeug wirkt sich das geringere Gewicht von Bauteilen positiv auf den Treibstoffverbrauch aus.
  • Mehr Flexibilität: Durch die deutlich kürzere Reaktionszeit dieser Fertigungstechnologie (z.B. reduziert sich die NC-Programmierung im Wesentlichen auf die Nachbearbeitung) ist es möglich, auch sehr kurzfristige Bedarfe zu erfüllen. Perspektivisch ist vorstellbar, dass die ALM-Technologie auch im Wartungsbereich Einzug hält: beispielsweise könnten Flugzeugwerften dann dringend benötigte Ersatzteile ohne große Fertigungsanlagen direkt an Ort und Stelle nach Originalplänen „drucken“.

Zukünftig werden in der Luftfahrtindustrie die additive (z. B. eben ALM-Technologie) und die subtraktive (z.B. die herkömmliche Zerspanung) nebeneinander bestehen und sich ergänzen.

Beide Verfahren haben ihre individuellen Vorteile. So eignet sich die Zerspanung beispielsweise ideal für die Herstellung großer Stückzahlen von einfach geformten Bauteilen jeder Größe. Beispiele dafür sind Fußbodenquerträger. Dieser Bedarf besteht auch in Zukunft und Premium AEROTEC hat deshalb in den vergangenen Jahren in modernste Fertigungsanlagen investiert, insbesondere in Augsburg und Varel. Das 3D-Drucken wiederum erlaubt die wirtschaftliche Herstellung von noch komplexer geformten Bauteilen, beispielsweise mehrfach gekrümmte und auf herkömmlichem Weg nicht in einem Stück herstellbare Hydraulikkomponenten – und das selbst bei geringen Stückzahlen.