Hintergrund:
Es handelt sich um Chinas erste bemannte Raumfahrtmission seit fünf Jahren. Die drei Astronauten an Bord des Raumschiffs Shenzhou-12 sind Nie Haisheng, Liu Boming und Tang Hongbo. Sie werden ins All fliegen, Chinas erste Raumstation mit aufbauen und wissenschaftliche Experimente durchführen.
Daher wollen wir über die Rolle des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrtindustrie sprechen.
Vorteile des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrt
Durch 3D-Druck können viele komplexe Designs realisiert werden, was zur Gewichtsreduzierung von Bauteilen und zur Senkung der Produktionskosten beiträgt – ein großer Vorteil für die Luft- und Raumfahrtbranche.
Bereits im Jahr 1989 wurde der 3D-Druck erstmals in der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Heute macht dieser Bereich etwa 17 % des über 10 Milliarden US-Dollar großen 3D-Druck-Marktes aus und hat die Branche grundlegend verändert.
Mit der rasanten Entwicklung der 3D-Druckte chnologie ist sie zu einem wichtigen Motor für den Fortschritt in der Luft- und Raumfahrtindustrie geworden.
3D-Druckmaterialien in der Luft- und Raumfahrtindustrie
Für den Flug geeignete Materialien sind unter anderem:
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Technische Thermoplaste wie ULTEM9085, ULTEM1010, Nylon 12FR
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Metallpulver wie Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Edelstahl usw.
Crealitys 3D-Druckeinsatz in der Luft- und Raumfahrt
Titanlegierungen gehören zu den am häufigsten verwendeten Materialien im 3D-Druck für die Luftfahrtindustrie. Sie vereinen das geringe Gewicht von Aluminium mit der Festigkeit von Stahl.
Obwohl Titanpulver teuer ist, kann durch optimiertes Design und den gezielten Einsatz im 3D-Druck Material eingespart werden.
3D-gedruckte Werkzeuge und Vorrichtungen
Hersteller von Luftfahrtteilen nutzen den 3D-Druck zur Fertigung verschiedenster Werkzeuge und Vorrichtungen.
Ein Beispiel: Die Moog Aircraft Group setzte einen FDM-3D-Drucker ein, um eine CMM-Vorrichtung (Koordinatenmessmaschine) zu entwickeln.
Früher musste diese Vorrichtung ausgelagert werden – die Produktion dauerte 4 bis 6 Wochen.
Jetzt kann sie innerhalb von nur 20 Stunden mit einem 3D-Drucker hergestellt werden, und die Kosten sanken von 2000 Pfund auf einige Hundert Pfund.
Ersatzteile auf Abruf
Für unvorhergesehene Anforderungen müssen immer Ersatzteile bereitgehalten werden. Der 3D-Druck ist ideal, um diese Teile nach Bedarf herzustellen.
So lassen sich Wartungszeiten, Transportkosten und Lagerbestände reduzieren – z. B. durch das 3D-Drucken von Griffen und Längsstäben für ältere Flugzeuge.
Komponentenfertigung
Immer mehr Luftfahrtunternehmen nutzen den 3D-Druck zur direkten Herstellung von Teilen – von Kabinenzubehör bis hin zu Triebwerkskomponenten.
Beispielsweise hat Diehl Aviation ein Vorhangmodul per 3D-Druck hergestellt, das auf den Vorhangschienen im Flugzeug sitzt und die einzelnen Pods voneinander trennt.
Früher wurde es aus Glasfaser und Aluminium gefertigt – mit langer Produktionsdauer und hohen Kosten.
Heute werden 12 Kunststoffteile mit einem 3D-Drucker produziert, die im Airbus A350 eingesetzt werden und zur Kostensenkung beitragen.
Die Herstellung von Triebwerkskomponenten ist ein weiteres Einsatzfeld für den 3D-Druck, da dieser die Produktion leichter und komplexer Bauteile ermöglicht.
Im letzten Jahr nutzte Rocket Lab intensiv den 3D-Druck beim Bau seines 100. Rutherford-Raketenmotors.
Seit 2013 verwendet das Unternehmen 3D-Druck zur Herstellung von Brennkammern, Injektoren, Pumpen und Hauptantriebsventilen.
Herausforderungen des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrt
Die größte Herausforderung für den 3D-Druck in der Luftfahrtindustrie ist die Zertifizierung.
Luftfahrtkomponenten müssen strenge Vorschriften erfüllen, und die Aufsichtsbehörden müssen sicherstellen, dass 3D-gedruckte Teile genauso sicher sind wie traditionell hergestellte.
Im Jahr 2018 veröffentlichte SAE International die ersten Aerospace Materials Specifications (AMS) für Metall-Additive-Fertigung von sicherheitskritischen Flugzeug- und Raumfahrtteilen.
Eine weitere Herausforderung ist die Etablierung eines strukturierten Prozesses. Neben Design und Produktion muss auch ein Qualifizierungsprozess sichergestellt werden, der garantiert, dass die Teile gemäß Spezifikationen gefertigt werden.
Die Zukunft des 3D-Drucks in der Luftfahrt
Trotz der Herausforderungen wird die Luft- und Raumfahrtbranche weiterhin eine Vorreiterrolle im industriellen 3D-Druck einnehmen – insbesondere bei der Produktion von einsatzfähigen Endbauteilen.
Bis zum Jahr 2024 wird der Wert dieser 3D-gedruckten Endteile in der Luftfahrtindustrie über 3 Milliarden US-Dollar betragen.