Additive Fertigung 3D-Druck aus Metall

Das oberste Gebot im Luft- und Raumfahrt-Engineering lautet: Masse reduzieren. Eine neuartige Metall-3D-Drucklösung von Atos und Materialise trägt dazu bei. Materialise wird dieses funktionsgerecht konstruierte Leichtbauteil auf dem Anwendertreff Leichtbau 2017 vorstellen.

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Ein Titaneinsatz in Leichtbauweise – das klingt zunächst widersprüchlich. Doch aufgrund einer neuartigen Metall-3D-Drucklösung, konnten die beiden Unternehmen Atos, ein international führender Anbieter digitaler Services, und Materialise NV, ein führender Anbieter von Software und Lösungen in der additiven Fertigung und 3D-Druck, einen neuartigen Titaneinsatz für Raumfahrzeuge entwickeln, dessen Masse auf ein Drittel reduziert wurde. Der gemeinsame Ansatz bietet beiden Unternehmen die Möglichkeit, qualitativ hochwertige und neuartige Lösungen im 3D-Druck anbieten zu können.

Anwendertreff Leichtbau

Wir zeigen die wichtigsten Strategien des Leichtbaus

Gewicht um 70 % reduziert

Marta García-Cosío, Head of Mechanical Engineering bei Atos Spanien, sagt: „Wir sind stolz auf diese Innovation. Durch die Schaffung dieses komplexen Produktes als Metall-additive Fertigung in so kurzer Zeit gehören Atos und Materialise zu den führenden Anbietern von Metall-3D-Drucklösungen. Die Gewichtsreduktion ermöglicht es, viele nützliche Geräte in Satelliten einzusetzen und führt bei jedem Start zu einer erheblichen Kosteneinsparung.“

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Die hochbelastbaren Einsätze dienen als Befestigungspunkte, um große und schwere Strukturen zu heben. Dadurch, dass Atos und Materialise das Gewicht der Komponente auf ein Drittel des ursprünglichen Gewichts reduzieren konnten, verbessern sich einige Eigenschaften sowie die Gesamtleistung des Materials. Beide Unternehmen verwendeten moderne Techniken für Topologieoptimierung und das Design von Gitterstrukturen, um die Masse des Einsatzes von 1454 g auf 500 g zu senken.

Hohe Kosten je Kilogramm Material

In der Luft- und Raumfahrt übertragen diese Einsätze hohe mechanische Belastungen in Strukturen wie Satelliten. Üblicherweise bestehen die ziegelförmigen Einsätze aus Aluminium oder Titan, da sie mittels Zerspanung gefertigt werden. Sie sind vollständige Festkörper, was ihre Masse über das notwendige Maß erhöht.

Dank additiver Fertigung kann der Innenraum der Objekte ausgehöhlt bleiben oder mit Leichtbaustrukturen gefüllt sein. Ausfüllendes Material wird nur dann verwendet, wenn es notwendig ist. Aktuell kostet jedes Kilogramm Material in der Umlaufbahn rund 20.000 Dollar. Jedes eingesparte Gramm eröffnet neue Möglichkeiten.

Die Konstrukteure standen vor der Herausforderung, traditionelle Konzepte zu verbessern. Das Design musste von der Konzeptionsphase bis zur Fertigung die Anforderungen der Raumfahrt erfüllen. Das Know-how von Atos in der Luft- und Raumfahrt und bei Struktursimulationen hat dazu beigetragen, die Außenseite und das Innere der Komponente zu entwerfen sowie deren Gesamtleistung zu verbessern.

Das Team von Atos und Materialise besteht aus Experten der Luft- und Raumfahrt, des Computer Aided Engineering sowie der Konstruktion, Materialwissenschaften und additiven Fertigung.

Additive Fertigung

Gasturbinenschaufeln aus dem 3D-Drucker

Potenzial für Luft- und Raumfahrt

Der Einsatz aus Titan wurde von Metall-3D-Druckern gefertigt, in einem als Selective Laser Melting (SLM) bezeichneten Prozess. Metall-3D-Druck hat ein großes Potenzial für die Luft- und Raumfahrt, da es Durchlaufzeiten verringert und ohne zusätzliche Werkzeuge auskommt. Materialise hat zwei Einsätze in seinem Bremer Kompetenzzentrum für Metall-3D-Druck hergestellt und damit in Produktion und Software-Entwicklung seine Expertise in der fortschrittlichen Fertigung unter Beweis gestellt.

Die Partnerschaft von Atos und Materialise im Bereich 3D-Druck für High-End-Engineering-Dienstleistungen ist den beiden Unternehmen zufolge in Europa einzigartig. Ziel der Zusammenarbeit ist es, Experten und Anwendern helfen zu können, additive Fertigung auf industriellem Niveau einzusetzen. Diese sollen so künftig Lösungen für 3D-Druck von der Konzeption bis zur Fertigung nutzen können; ergänzt durch Advanced Engineering.

Die Entwickler-Teams der Unternehmen arbeiten weiterhin zusammen, um eine End-to-End-Lösung anzubieten. Atos und Materialise bilden eine leistungsstarke Kombination für künftige Fertigungsprojekte.

Die neuartigen Titaneinsätze entstanden im Rahmen der Studie „Additive Manufacturing Hot Bonded inserts in sandwich structures“, die von beiden Unternehmen verfasst und auf der ECSSMET im Herbst 2016 vorgestellt wurde. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, dass zunehmend Metallkomponenten aus additiver Fertigung in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden können. (sh)

Hannover Messe 2017: Halle 6, Stand K01 (Atos)

Dieser Beitrag ist bei unserem Partnerportal konstruktionspraxis erschienen.

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