Für mehr Effizienz, Nachhaltigkeit und Produktivität: 3D-Druck im Flugzeugbau

Rund 2,8 % der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe weltweit produzierten CO2-Emissionen kommen aus der Luftfahrt. Das ist im Vergleich zu anderen Verkehrsmitteln wie Autos und LWK (18,1 %) ein relativ geringer Anteil – durch den Einsatz des 3D-Drucks im Flugzeugbau lässt er sich aber sogar noch weiter reduzieren.

Die additive Fertigung in der Luftfahrt beflügelt vor allem Leichtbauprojekte. Durch Bauteiloptimierungen im Innenraum oder im Flugtriebwerk können Material- und Treibstoffverbrauch und somit auch CO2-Emissionen reduziert werden. Darüber hinaus bietet der 3D-Druck der Luft- und Raumfahrt die Möglichkeit der monolithischen Bauteilkonsolidierung – damit lassen sich komplexe Bauteilgruppen vereinfachen und Produktionslinien und -schritte verschlanken.

Besonders von Vorteil ist der 3D-Druck von Modellen für den Feinguss. Beim Feinguss handelt es sich um ein für die Luft- und Raumfahrt vollständig zertifiziertes Fertigungsverfahren. So entfallen bei der Kombination von Feinguss und 3D-Druck im Flugzeugbau etwaige zeitintensive Zertifizierungsprozesse. Prototypen, Ersatzteile und Produktdesigniterationen auch für kleine und mittlere Serien stehen somit in Rekordzeit einsatzbereit zur Verfügung.

Vorteile des 3D-Drucks in der Luftfahrtindustrie

Vorteil Kosteneffizient

Kosten

Komplexe Geometrien und variantenreiche, kleinere Losgrößen. Wo immer konventionelle Verfahren durch kostenintensiven Formenbau oder Umrüstzeiten an ihre wirtschaftlichen Grenzen stoßen, bietet die additive Fertigung der Luftfahrt essenzielle wirtschaftliche Vorteile. Ergänzend zu bestehenden Produktionslinien.

Vorteil Qualität

Zertifizierung

Bei der Kombination von 3D-Druck und Feinguss entfallen zeit- und kostenaufwändige Prüfungen und Zertifizierungen von Bauteilen für die Luftfahrt. Dank moderner Simulationssoftware wird die Erfüllung von Bauteilanforderungen für die Luft- und Raumfahrt vor der Produktion sichergestellt. Für eine minimale Fehl- und Ausschussproduktion.

Vorteil Designfreiheit

Geometrien

voxeljet verfügt über hochspezialisierte 3D-PMMA Drucksysteme für das Binder Jetting Verfahren. So lassen sich selbst sehr dünnwandige Bauteile und komplexe, CAD-optimierte Angusssysteme in einem Arbeitsschritt drucken. Das Resultat: maximaler Freiraum für Leichtbau- und Topologieoptimierungen.

DMLS ist eine schöne ergänzende Fertigungstechnologie, doch gerade im Hinblick auf die Kosten, Lieferzeiten und Zertifizierung bieten der Feinguss und der 3D-Druck der Luft- und Raumfahrtindustrie erhebliche wirtschaftliche und kreative Vorteile.

Jack Ziemba, CEOAristo Cast

Printed Castings, die Hybridisierung des 3D-Drucks

Zum Use Case

Anwendungen des 3D-Drucks in der Luftfahrt

Ob Verbesserung der Leistung oder Aerodynamik, Materialeinsparung oder Funktionsoptimierung: 3D-gedruckte Bauteile kommen sowohl im Kabineninnenraum als auch im Triebwerksstrang zum Einsatz. In Form von Halterungen, Sitzrahmen oder Einspritzdüsen hilft die additive Fertigung der Luftfahrt, die Ökobilanz des Luftverkehrs nachhaltig zu verbessern und CO2-Emissionen zu reduzieren.

Auch für großformatige Projekte gibt es eine additive Lösung. Mithilfe der voxeljet Binder Jetting Technologie können filigrane Feingussmodelle mit bis zu 1 Meter Bauteillänge gedruckt werden. Der Sand-3D-Druck eröffnet sogar Dimensionen mit bis zu 4 Metern Bauteillänge. Darüber hinaus punktet der indirekte 3D-Druck mit der Zertifizierung und Materialfreiheit des Metallgusses.

Viele Metalle lassen sich aktuell noch nicht direkt additiv verarbeiten oder sind noch nicht für den Luftverkehr zugelassen. Demgegenüber können mit additiven Formen und Modellen alle gießbaren Legierungen verarbeitet werden. Dank der bekannten Werkstoffeigenschaften lassen sich gegossene Bauteile direkt in die Produktionslinien eingliedern.

3D gedruckte Flugzeugtüre von voxeljet
Topologieoptimierung Sogeclair

3D gedrucktes Kunststoffmodell für den Feinguss einer Sogeclair Flugzeugtüre um Einsparpotenziale in der Luftfahrt zu identifizieren.

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Hyperloop-Kapsel mit 3D gedruckten Bauteilen von voxeljet
Hyperloop Universität Delft

Für das Hyperloop Projekt in den USA hat voxeljet die TU Delft mit komplexen, additiv gefertigten Kunststoff-Modellen für den Feinguss unterstützt.

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3D gedruckte Form für Radträger von voxeljet
Leistungsfähigkeit von Bauteilen

Durch Kombination von Simulation und 3D-Druck kann der gesamte Optimierungsprozess der Herstellung von Bauteil-Prototypen stark verkürzt werden.

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Leicht, robust und optimiert – 3D-gedruckte Flugzeugbauteile

Material nur dort verbrauchen, wo es gebraucht wird. Und das, ohne Kompromisse in der Bauteilfunktion eingehen zu müssen. Mittels Topologieoptimierung sind Ingenieure heute schon in der Lage, die Effizienz, Langlebigkeit und den Ressourceneinsatz von Bauteilen nachhaltig zu verbessern. Dabei hilft ihnen insbesondere die additive Fertigung und die dadurch gegebene geometrische Freiheit.

Mit modernen Softwarelösungen errechnen Computer die Lastverteilung innerhalb eines Bauteiles und generieren aus den Daten ein neues, optimiertes Modell. Als Resultat liegen Bauteile mit hochkomplexen Geometrien und Strukturen vor. Diese mit herkömmlichen Verfahren wie Fräsen oder Drehen herzustellen, ist oftmals nicht wirtschaftlich abbildbar. Hier kommt die additive Fertigung für die Luftfahrt ins Spiel.

Geometrische Einschränkungen kennt die additive Fertigung auch im Flugzeugbau nicht. So können Ingenieure die konstruktiven Freiheiten bestmöglich nutzen, um leichtere und potenziell leistungsfähigere Bauteile zu entwickeln.

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