Wenn die additive Fertigung ihre Stärken voll ausspielt: Fertigung unkritischer Flugzeug-Bauteile mittels 3D-Druck

Der 3D-Druck wird nicht mehr nur als Instrument für das Rapid Prototyping gesehen, sondern als zukunftssichere Möglichkeit, intelligentere, kostengünstigere und leistungsfähigere Endprodukte zu produzieren. Das bedeutet, dass die additive Fertigung inzwischen weltweit in den Vorstandsetagen aller Branchen als ernstzunehmende Technologie wahrgenommen wird.

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt diversifizieren sich die Anwendungen der additiven Fertigung beträchtlich – von Strukturkomponenten, bei denen die Funktion im Vordergrund steht, wie z. B. die LEAP-Treibstoffdüse von GE (ein walnussgroßes Teil, das zu den bahnbrechendsten Technologien in der Geschichte von GE gehört), bis hin zu Flugzeugkabinenausstattungen wie der von Airbus, wo die Elemente sowohl funktional als auch ästhetisch perfekt sein müssen.

Der 3D-Druck von unkritischen Bauteilen aus Kunststoff hat sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Als EASA 21.G-zertifizierter Produktionsbetrieb fertigt Materialise derzeit allein in seiner zertifizierten Niederlassung geschätzte 26.000 3D-gedruckte Teile pro Jahr für das Airbus A350-Ökosystem. Doch trotz der offensichtlichen Vorteile ist das volle Potenzial der AM-Fertigung noch nicht ausgeschöpft. Warum ist der Einsatz daher nicht weiter verbreitet?

Die am häufigsten genannte Herausforderung beim Einsatz der additiven Fertigung für flugtaugliche Teile ist die Qualifikation. Die große Vielfalt an Optionen und seine Flexibilität machen den 3D-Druck zu einer so attraktiven Lösung für die Herstellung von Bauteilen für die Luftfahrt. Sie sind es aber auch, die den Weg zu einer Qualifikation so schwierig machen.

Die zivilen Luftfahrtbehörden erkennen sowohl die Grenzen als auch das enorme Potenzial der Technologie und signalisieren ihre Bereitschaft, einen einfacheren Qualifikationspfad für unkritische Bauteile zu unterstützen und einen kooperativeren Ansatz in der gesamten Branche zu fördern. Im November 2020 veröffentlichte die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) nach einem intensiven Dialog mit der Branche ein überarbeitetes Zertifizierungsmemorandum, das Leitlinien für die Einführung und Nutzung von AM-Technologien für eine breite Palette von Produkten, Bauteilen und Ausrüstungsgegenständen für die Luft- und Raumfahrt enthält. Zum ersten Mal werden hier auch unkritische Bauteile mit geringer Sicherheitsrelevanz eigens genannt.

Dadurch ebnet die EASA den Weg für einen Zertifizierungsansatz, der proportional zur Bedeutung angelegt ist. De facto wurde damit der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie grünes Licht gegeben, die Vorteile additiver Technologien für die Herstellung von unkritischen Bauteilen voll auszuschöpfen.

In einer Branche, in der das Produktionsvolumen oft gering ist, macht die werkzeuglose Technologie des 3D-Drucks die Fertigung von Kleinserien deutlich erschwinglicher als die konventionelle Fertigung, bei der die Kosten pro Teil viel stärker vom Volumen abhängig sind. Selbst bei temporär schwankendem Bedarf kann die Fertigung einfach nach Bedarf skaliert werden.

Statt physische Lagerbestände einzusetzen, die bisher mit dem Risiko von Überbeständen und Lagerkosten einhergingen, kommt nun das digitale Inventar und reduziert die Probleme in der Lieferkette drastisch, denn 3D-gedruckte Ersatzteile lassen sich mit ultrakurzen Vorlaufzeiten liefern. Darüber hinaus gibt es durch die einfache Verfügbarkeit von Bauteilen auf Abruf viel mehr Möglichkeiten, Produkte im Laufe der Zeit zu optimieren und zu verbessern, z. B. um Gewicht zu reduzieren, die Leistungsfähigkeit zu erhöhen oder eine Schwachstelle zu beseitigen.

Immer mehr Bauteile für die Luftfahrt werden routinemäßig von zertifizierten AM-Lieferanten wie Materialise hergestellt, da Luft- und Raumfahrtindustrie und MRO-Betriebe entdecken, wie die Vorteile des 3D-Drucks ihnen helfen können, die Arbeitsabläufe der Zulieferung flexibler zu gestalten. Befasst man sich zum ersten Mal mit der additiven Fertigung, kann es durchaus entmutigend sein, herausfinden zu müssen, bei welchen Applikationen sich die Fertigung mit 3D-Druck lohnt, um maximale Effizienz und Kostenvorteile zu erzielen.

Unser englisches Whitepaper "Sourcing Low-Criticality Parts for Aircraft" (Beschaffung von unkritischen Bauteilen in der Luftfahrt), das vom Aerospace-Team bei Materialise erstellt wurde, gibt einen Überblick über die Möglichkeiten und Vorteile für die Lieferkette bei unkritischen Kunststoff-Bauteilen, die mit 3D-Druck gefertigt werden. Das Dokument bietet außerdem Vergleichsdaten und praktische Anleitungen zur Implementierung der additiven Fertigung als Teil Ihrer Lieferkette.