3D Druck in der Luft- und Raumfahrt

Vorteile der Additiven Fertigung für die Branche

In der Luft- und Raumfahrt kommt die Additive Fertigung bereits seit gut drei Jahrzehnten zum Einsatz und revolutioniert in der Branche seitdem Entwicklung und Produktion. Damit ist der Sektor einer der ersten, der auf die Vorteile des 3D Drucks gesetzt hat und sich diese in verschiedenen Bereichen zu Nutze macht. In diesem Artikel wollen wir Ihnen einen Überblick darüber geben, wie die Technologie eingesetzt wird, wie die Branche jeweils davon profitiert und wie sich dieser Bereich in Zukunft möglicherweise weiterentwickelt.

Einsparungen von Gewicht, Kosten und Treibstoff

Eine der wichtigsten Anforderungen der Luft- und Raumfahrt an die Herstellung, Optimierung und Neuentwicklung von Bauteilen ist die Einsparung von Gewicht. Und gerade in Sachen Leichtbau bietet die Additive Fertigung großes Potential. Mit der Technologie können Leichtbaustrukturen einfach umgesetzt werden, ohne dabei in Sachen Stabilität Einbußen hinnehmen zu müssen. Schon heute können zahlreiche Komponenten eines Flugzeugs, wie beispielsweise Kabinenteile, Verbindungselemente oder Scharniere durch 3D gedruckte Bauteile ersetzt werden und das Flugzeuggewicht so bereits um bis zu sieben Prozent reduziert werden. Dies geht wiederrum mit zum Teil deutlichen Treibstoffeinsparungen und dadurch reduzierten Kosten einher. Durch stetige Weiterentwicklungen in diesem Bereich ist außerdem anzunehmen, dass die Bauteile in Zukunft noch weiter optimiert werden können und bald auch größere Flugzeugkomponenten, wie etwas Teile der Flügel oder des Rumpfs, additiv gefertigt werden können, wodurch noch weitere Gewichtseinsparungen möglich sind.

Designfreiheit ermöglicht komplexe und neue Geometrien

Die Additive Fertigung zeichnet sich generell durch eine sehr große Designfreiheit aus. Die in der Luft- und Raumfahrt benötigten Bauteile umfassen häufig komplexe, zum Teil gekrümmte Oberflächen, dünne Wandstärken sowie interne Kanäle und Strukturen. Mit dem 3D Druck lassen sich solche Geometrien leicht herstellen. Zudem eignet sich die Technologie bestens, um hochkomplexe und zugleich leichte Strukturen zu schaffen, die sich zusätzlich durch hohe Stabilität und Widerstandsfähigkeit auszeichnen und so ideal für die Anforderungen der Branche sind.

Durch die enorme Designfreiheit ergibt sich außerdem die Möglichkeit, Bauteile, die in anderen Verfahren als Baugruppen aus mehreren Einzelteilen gefertigt werden müssen, direkt als ein Teil zu konstruieren und zu produzieren. Dieses Vorgehen wird als „Bauteilkonsolidierung“ bezeichnet und hilft bei der Einsparung von Zeit, Material und Gewicht. So kann nämlich durch die Konsolidierung auf die Herstellung verschiedener Fertigungswerkzeuge sowie auf die Verwendung von Befestigungselementen verzichtet werden. Beides wird bei anderen Herstellungsverfahren für die Fertigung und das Zusammenfügen der Einzelteile benötigt.

Flexible und schnelle Produktion

Bauteile für Flugzeuge werden gewöhnlich nur in kleinen Stückzahlen benötigt und hergestellt. Da die Additive Fertigung werkzeuglos arbeitet und für die Produktion lediglich 3D Daten benötigt werden, bietet sie besonders für die Herstellung von Kleinserien eine äußerst wirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen Verfahren. Durch den Wegfall von Anfangsinvestitionen in Fertigungswerkzeug sind durch den 3D Druck auch so weitere Einsparungen hinsichtlich Kosten und Zeit möglich. Außerdem lassen sich nachträgliche Änderungen an den Bauteilen leicht umsetzten, da dazu nur die jeweiligen 3D Daten angepasst werden müssen, was im Allgemeinen eine flexiblere und agilere Produktion ermöglicht. Auch die Herstellung von individualisierten funktionalen Bauteilen oder Teilen der Innenausstattung ist dadurch problemlos möglich und auch für die Beschaffung von Ersatzteilen bietet der 3D Druck eine einfache und schnelle Lösung.

Große Materialauswahl

Für den 3D Druck steht eine große Anzahl verschiedener Kunststoffe und Metalle zur Verfügung. Diese breite Auswahl ermöglicht es, für jeden Anwendungsfall das Material mit den genau passenden Eigenschaften zu wählen. Faktoren, die hier besonders auch in der Luft- und Raumfahrt eine Rolle spielen können, sind beispielsweise Gewicht, Verschleißfestigkeit, Dichte, thermische Stabilität oder strukturelle Zuverlässigkeit wie Oberflächengenauigkeit.

Zusätzlich wird auch im Bereich Materialien stetig an Weiter- und Neuentwicklungen gearbeitet. So kann davon ausgegangen werden, dass in Zukunft Materialien, die noch besser an die Anforderungen der Branche angepasst sind, zur Verfügung stehen werden. Da sich mittels 3D Druck besonders auch Prototypen und Testteile schnell und kostengünstig herstellen lassen, kann die Technologie außerdem dazu beitragen, neue Materialien auszuprobieren und zu optimieren.

Fazit und Ausblick

An diesen Punkten zeigt sich, dass die Additive Fertigung bereits heute erfolgreich und vielseitig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird und der Branche dadurch viele Vorteile verschafft. Durch fortwährende Forschung und Weiterentwicklung, sowohl in der Branche als auch hinsichtlich der 3D Druck Technologie an sich, kann davon ausgegangen werden, dass sich der positive Einfluss der Additiven Fertigung auf die Branche in den kommenden Jahren noch weiter vertiefen wird und die Technologie noch bessern an die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt angepasst sein wird.

Zudem eröffnen sich in der Branche auch stetig komplett neue Anwendungsfelder des 3D Drucks. Speziell im Bereich der Raumfahrt wird momentan beispielsweise daran geforscht, ob und wie die Additive Fertigung direkt im All eingesetzt werden kann und auch hier lassen sich bereits die ersten Erfolge verzeichnen. Wie sich der 3D Druck zukünftig im Allgemeinen weiterentwickeln könnte, haben wir für Sie in einem kleinen Zukunftsausblick zusammengefasst.