Luftfahrteile deutlich günstiger 3D-drucken

Gute Nachricht für die Hersteller von Luftfahrteilen: Evo-Tech gelingt 3D-Druck mit Lexan, was gegenüber Ultem zu erheblichen Kostenvorteilen führt.

Die Hersteller von Flugzeugen und Luftfahrteilen stehen vor großen Herausforderungen. Auf der einen Seite durch den ständig steigenden Kosten- und Termindruck, auf der anderen Seite durch die zunehmende Kritik der Bevölkerung an der hohen Umweltbelastung. Ein bei der Luftfahrt traditionell sehr großer Hebel, um die Kosten und gleichzeitig die Umweltbelastung zu senken, ist das Gewicht.

Gerechnet auf die Lebensdauer eines Flugzeuges entspricht eine Gewichtsreduzierung von  1 kg einer Einsparung von 80.000 l Kerosin und damit rund 32.000 EUR – oder aus Umweltsicht relevanter: das sind 200 t weniger CO2, das in die Umwelt gelangt.

Als probates und für die Luftfahrt typisch eher geringeren Stückzahlen sehr gut geeignetes Mittel, um das Gewicht der Flugzeuge deutlich zu reduzieren, kommt immer häufiger die Additive Fertigung zum Einsatz. Welche Möglichkeiten der 3D-Druck im Flugzeugbau bietet, zeigt ein Blick über den Zaun in die Metallbearbeitung: Allein durch die mittels Additiver Fertigung bestmöglich umsetzbare Topologieoptimierung konnte bei einem Halter aus Aluminium rund 60 % des Gewichts der gefrästen Konstruktion eingespart werden.

Dazu kommen – und zwar unabhängig davon, ob Metall oder Kunststoff verarbeite wird – eine einfache Fertigung verschiedenster Varianten, Ersatzteile und kleinsten Losgrößen sowie der Entfall von Werkzeugen, Wartung und Lagern. Bereits heute werden deshalb zahlreiche 3D-gedruckte Bauteile in den Flugzeugen verbaut, zum Beispiel im Bereich der Luftführung, für Halter und Verkleidungsteile für sowie Filter- oder Elektronikgehäuse.

Die wesentlichen Anforderungen an das Material geben in den USA die Federal Aviation Administration FAA mit der Federal Aviation Regulation FAR und in der EU die Europäische Agentur für Flugsicherheit EASA mit ihrem CS Certification Process vor.

3D-gedruckte Kunststoffteile müssen hier zum Beispiel bei Business Jets bis 20 Passagiere den Entflammbarkeitstest (~UL94 V-0) bestehen, bei dem die Flamme innerhalb von 10 s verlöschen muss, das Material maximal 30 s nachglimmen darf und keine Tropfen entstehen dürfen. Bei Commercial Jets ab 20 Passagieren müssen die gedruckten Kunststoffteile abhängig von der Platzierung im Flugzeug verschiedene Tests bezüglich der Rauchdichte/Rauchemission (Lightbeam), der Verbrennungstoxizität und der Wärmeabgabe bestehen.

Aufgrund dieser Anforderungen werden heute in Flugzeugen häufig die Werkstoffe Ultem 9085 und Ultem 1010 eingesetzt, die eine hohe Zugfestigkeit und ein hohes Biegemodul bieten und bis 185 °C bzw. 210 °C formbeständig sind, die aber auch ihren Preis haben. Für den österreichischen 3D-Drucker-Hersteller Evo-Tech, der sich schon seit vielen Jahren auch mit der Materialentwicklung beschäftigt, Grund genug nach möglichen Alternativen zu suchen.

Die Erfolgsmeldung von Evo-Tech kam vor wenigen Tagen bei der letzten Hausmesse in Schörfling am Attersee: Evo-Tech ist es erfolgreich gelungen, mit seinen 3D-Druckern Lexan (PC) zu verarbeiten. Nach Worten von Kevin Griesmayr, technischer Geschäftsführer von Evo-Tech mit jahrelanger Luftfahrterfahrung, ist Lexan ein branchengeschätztes Polymer mit hohem Bekanntheitsgrad aus dem Spritzgussbereich. Lexan liegt zwar bei Zugfestigkeit, Biegemodul und Formbeständigkeit rund 20 % unter den Werten von Ultem, hat aber wesentiche Vorteile bei der Nacharbeit und vor allem bei den Kosten. So ist Lexan rund 30 % günstiger als Ultem 9085 oder sogar 40 % günstiger als Ultem 1010. Noch deutlicher fallen die Einsparungsmöglichkeiten beim Stützmaterial aus, dessen Preis beim Einsatz von Lexan um über 50 % unter dem des Ultem-Stützmaterials liegt.

Für alle, die keinen eigenen Evo-Tech 3D-Drucker haben, bietet das Unternehmen übrigens seit der Hausaustellung den 3D-Druck auch als Dienstleistung an, und zwar vom Prototypen bis zur Serienfertigung. Neben den Lexan bietet die Firma auch ABS-FR und Ultem 9085/1010 an, um Luftfahrtkunden das beste Preis/Leistungsverhältnis anbieten zu können. Evo-Tech Geschäftsführer Markus Kaltenbrunner: „3D Druck ist nicht gleich 3D Druck und oftmals sind für besondere Anwendungen Spezialmaschinen und Materialien von Nöten oder es müssen Auslastungsspitzen abgedeckt werden. Deswegen bieten wir unseren Kunden neben unseren Maschinen auch einen 3D-Druckservice mit allen gängigen Technologien inklusive Bauteilfinishing, Technologieberatung und fertigungsgerechte Konstruktion an.

Im Programm sind die Verfahren FDM/FFF, SLS, HP-MJF, Polyjet und SLA sowie Zusatzleistungen wie Oberflächenfinishing, Baugruppenmontage, Technologieberatung und fertigungsgerechte Bauteilauslegung.

gk