3D-gedruckte Polymere sind in der Luft- und Raumfahrt jetzt alltäglich. So kann der Metallsektor nachziehen.

Nehmen Sie einen Flug mit einer beliebigen großen Fluggesellschaft, und die Chancen stehen gut, dass Sie nicht weit von einem 3D-gedruckten Polymerteil entfernt sind. Für Innenanwendungen mit begrenzten Tragfähigkeits- und Leistungsanforderungen - Teile mit geringer Kritikalität - sind sie heute gang und gäbe, aber der Weg dorthin war mit einigen Herausforderungen verbunden, z. B. der Zertifizierung.

Unternehmen wie Materialise mussten nachweisen, dass die von ihnen hergestellten Teile den Anforderungen der Luftfahrtbehörden genügten, indem sie alle Produktnachweise auf reale Leistungsdaten stützten. Und das brauchte Zeit. Wir brauchten qualifizierte Materialien und einen festen Prozess, bei dem wir die Nachweise in Zusammenarbeit mit den zugelassenen Entwicklungsbetrieben (DOAs) erbrachten, anstatt uns auf ein Datenblatt zu verlassen.

Der Hauptgrund für diese Einschränkungen liegt in der Natur der additiven Fertigung. Sie erzeugen die Eigenschaften während der Konstruktion, so dass der 3D-Druckprozess einen großen Einfluss auf das Endergebnis Ihrer Teile hat. Angenommen, Sie haben große Schwankungen bei der Laserleistung, dann kann die Dichte Ihres Produkts variieren, was sich auf seine Leistung oder Eigenschaften wie Entflammbarkeit auswirkt.

Deshalb ist die Kontrolle des gesamten Prozesses und die Analyse der Leistungsdaten so wichtig. Heute ist das für uns und viele andere gängige Praxis. Wir können diese unkritischen Teile sicher und wiederkehrend produzieren und neue Teile leicht anpassen. Wir haben über ein Jahrzehnt lang Daten aus Tausenden von Anwendungen gesammelt, und einige der größten Namen in der Luft- und Raumfahrt, wie z. B. Airbus, vertrauen uns bei der Herstellung ihrer flugtauglichen 3D-gedruckten Teile.

Das Potenzial des 3D-Drucks endet jedoch nicht bei den Polymeren - die Luft- und Raumfahrtindustrie hat bereits Anwendungen für 3D-gedruckte Metallteile mit geringer Kritikalität gefunden. OEMs konzentrieren sich auf die Bereiche, in denen AM den größten Nutzen bringt, und Anwendungen wie die LEAP-Kraftstoffdüse von GE sind hervorragende Beispiele dafür, was AM in Bezug auf Gewichtseinsparungen und funktionale Integration in kritischen Umgebungen leisten kann. Darüber hinaus gibt es viele andere Anwendungen, wie z. B. Sitzeinfassungen, Gehäuse, Innenverkleidungen und Lüftungsrohre, für die sich der Metalldruck auch ohne die traditionellen technischen Vorteile des 3D-Drucks als vorteilhaft erweist.

Diese Anwendungen sind ein fantastischer Ausgangspunkt für den 3D-Druck von Metall. Genau wie bei der Arbeit mit Polymeren sind die idealen Anwendungen Reparaturen, Ersatzteile und Teile in der Kabine, vor allem wegen der Vorteile, die der 3D-Druck für die gesamte Lieferkette bringt.

Fluggesellschaften können Ersatzteile schnell und kostengünstig auf Abruf drucken, wodurch die mit der Lagerhaltung verbundenen Mehrkosten entfallen und das Risiko von Veralterung und Produktionsverzögerungen bei Zulieferern verringert wird. Diese Methode wird sogar noch wertvoller, wenn man bedenkt, dass es keine Mindestbestellmengen gibt - die Fluggesellschaften können nur die Teile bestellen, die sie benötigen, was die Kosten und den potenziellen Ausschuss weiter senkt.

Wenn eine Fluggesellschaft ein Teil identifiziert, das häufig kaputt geht - wie die Abdeckplatte - ist es kostengünstiger und umweltfreundlicher, es zu reparieren, anstatt es zu ersetzen. In vielen Fällen ist dieser Weg auch schneller und trägt dazu bei, teure Ausfallzeiten für jedes Flugzeug zu begrenzen.

Und genau wie bei den Polymeren sind wir zuversichtlich, dass wir die Industrie eher früher als später mit Metallteilen versorgen können, die ihren Anforderungen entsprechen, und den Fluggesellschaften helfen, die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des 3D-Drucks zu nutzen. Und je mehr wir produzieren, desto mehr Daten sammeln wir - was es für die Fluggesellschaften noch einfacher macht, diese 3D-gedruckten Teile an Bord zu bringen.

Der erste Schritt in diesem Prozess besteht darin, dass Fluggesellschaften und OEMs ihr Portfolio bewerten. Welche nicht-strukturellen Metallteile verwenden Sie? Wo verwenden Sie sie? Wären sie geeignete Kandidaten für den 3D-Druck von Metall? Wenn sie in den Bereichen arbeiten, in denen Kunststoffteile erfolgreich eingesetzt werden - Ersatzteile, Reparaturen und Teile für den Innenraum -, ist es wahrscheinlich, dass Sie in naher Zukunft vom 3D-Druck profitieren werden.

Ein sprunghafter Anstieg bei der Verwendung von Metallteilen mit geringem Kritikalitätsgrad mag also nicht mehr weit entfernt sein, aber was ist mit hochkritischen Komponenten? Hier kommen die neuen Anforderungen ins Spiel. Im Gegensatz zu Polymeren und Teilen mit geringer Kritikalität, bei denen statische Festigkeit und Entflammbarkeit die wichtigsten Merkmale sind, müssen langlebige, ermüdungsbelastete Teile unter Zwang getestet werden.

Diese Prüfung ist sowohl streng als auch unerlässlich, denn genau wie in den Anfängen der Zertifizierung von Polymeren liegt die Schwierigkeit in der Kontrolle des Prozesses - und die ist beim selektiven Laserschmelzen (SLM) deutlich schwieriger. Gegenwärtig lässt sich das Risiko von Anomalien nicht ausschließen, und die Maschinenhersteller arbeiten hart daran, dies zu verbessern. Leider ist es derzeit unmöglich vorherzusagen, wann und wo diese Anomalien auftreten werden. Es gibt so viele Variablen, die den Prozess beeinflussen können, und das führt zu einer Vielzahl von möglichen Fehlermöglichkeiten.

Das ist ein großes Problem für beanspruchte Teile - insbesondere bei Anomalien in der Nähe der Oberfläche. Es ist auch nicht einfach, sie zu finden, egal mit welchem Prüfgerät. CT-Scans funktionieren gut, sind aber teuer, und auch sie bieten keine 100-prozentige Garantie. Tatsächlich macht die Qualitätskontrolle neben der Nachbearbeitung einen erheblichen Teil der Kosten für den Druck von Hochleistungsteilen aus, und dieser Anteil muss sinken, damit sich der Druck wirklich durchsetzt.

Was können wir also tun, um zu helfen? In der additiven Fertigung werden große Anstrengungen unternommen, um zerstörungsfreie Prüfverfahren zu entwickeln, mit deren Hilfe Defekte erkannt und Anomalien analysiert werden können, um festzustellen, ob sie zu einem Ausfall führen könnten. Die Maschinenhersteller tun alles, um die Prozessstabilität von SLM-Maschinen zu verbessern. Und wir alle arbeiten daran, Daten zu sammeln und den digitalen Faden sinnvoll zu nutzen - ein Bereich, in dem die Qualitäts- und Prozesskontrolle (QPC) von Materialise wegweisend sein kann.

Wir haben festgestellt, dass unser QPC bei Unternehmen, die Teile qualifizieren wollen, den richtigen Ton trifft. Sie erzeugen eine Vielzahl von Daten von verschiedenen Sensoren und Eingängen, die kombiniert und korreliert werden müssen. Wenn diese Daten jedoch in verschiedenen Dokumenten oder an verschiedenen Orten gespeichert sind, ist es schwierig, sie im Zusammenhang zu sehen. Sie sind gespannt darauf, wie QPC den digitalen Faden für die Qualifizierung von 3D-gedruckten Metallteilen vereinfachen könnte, denn sie wissen, dass er für die Lösung des Rätsels ebenso wichtig ist wie die richtige Produktion.

Unsere umfassende Erfahrung mit dem digitalen Arbeitsablauf der Metall-AM kann ebenfalls ein wichtiger Bestandteil dieser Gleichung sein und uns dabei helfen, die Branche voranzubringen. Sie ist ein wertvolles Instrument, um das Vertrauen der Luft- und Raumfahrtunternehmen zu gewinnen, von denen viele nicht nur wegen der Produktion zu uns kommen, sondern auch, um Hilfe bei der Auswertung ihrer eigenen wertvollen Daten zu erhalten. Und je mehr Unternehmen dies tun können, desto besser ist es für alle - es ist in der Tat entscheidend für die Standardisierung.

Das Ziel von Materialise ist es, den 3D-Druck von Metallen in der Luft- und Raumfahrt auf die gleiche Weise zu nutzen wie den von Polymeren. Wir wissen, dass dies für viele unserer Kunden ein unmittelbarer Bedarf ist, und wir sehen, dass sich die Branche weiterentwickelt. Dieser Prozess kann einige Zeit in Anspruch nehmen, aber es ist unausweichlich, dass wir dieses Ziel erreichen werden. Bis dahin werden wir weiterhin tun, was wir können, um zu helfen: Wir stellen sicher, dass wir noch mehr unserer Prozesse kontrollieren, von den Zulieferern bis zum Wareneingang; wir teilen, was wir können, und helfen anderen, ihre eigenen Daten zu organisieren; und wir streben nach Standardisierung in der gesamten 3D-Druckbranche.

Natürlich können wir das nicht allein tun. Um diesen Prozess wirklich voranzutreiben, muss die Luft- und Raumfahrtindustrie bereit sein, neue Wege zu gehen, neue Dinge auszuprobieren und dem 3D-Metalldruck ihr Vertrauen zu schenken. Suchen Sie nach Anwendungen, die durch diese Technologie verbessert werden können, suchen Sie nach neuen Lösungen für bestehende Probleme, und Sie werden schnell feststellen, dass Metalle für Ihre gesamte Lieferkette ebenso viele Vorteile bringen wie Polymere. Anbieter wie Materialise sind perfekt aufgestellt, um Ihnen dabei zu helfen.