ERANET Additive Manufacturing of functional and Effective Light Use-casesS (MERANET-A-MELIUS)

Problemstellung
Additive Fertigungstechnologien ermöglichen die Herstellung von Leichtbauteilen für die Luftfahrt, welche mit konventionellen Bearbeitungsverfahren nicht realisierbar sind. Da diese Bauteile oftmals sicherheitsrelevant sind, müssen sie hohe Anforderungen an die Herstellbarkeit erfüllen. Unerwünschte Materialbelastungen und Defekte bei der laseradditiven Herstellung, bei der Material erhitzt und abgekühlt wird, gilt es zu minimieren. Zudem ist durch die prozesstypischen rauen Oberflächen der 3D-Druck-Teile in den meisten Fällen eine Nachbearbeitung erforderlich, deren Aufwand reduziert werden sollte. Es bedarf eines kombinierten Verfahrens, mit dem verschiedene Materialien mittels Lasertechnik im 3D-Druck zu Bauteilen verarbeitet und gleichzeitig deren Oberflächen und Materialeigenschaften definiert hergestellt werden können.

Ziel
Das Ziel des transnationalen Forschungsprojekts A-MELIUS ist die Verbesserung von additiv gefertigten Luft- und Raumfahrtkomponenten durch neuartige 3D-Druck-Herstellungs- und Prüfprozesse. Mittels der Entwicklung von laserbasierten Technologien soll die Oberflächenbeschaffenheit der Leichtbauteile aus Titan- und Aluminiumlegierungen verbessert werden. Hierdurch kann die Korrosionsbeständigkeit erhöht und Ermüdungserscheinungen von Flugzeugkomponenten reduziert werden. Weiterführend sollen neue Eigenschaften, wie beispielsweise eisabweisende Flächen oder aerodynamische Widerstandsreduzierungen, erzeugt werden.

Vorgehensweise
Um die Projektziele zu erreichen, werden zunächst für ausgewählte Anwendungsfälle, wie beispielsweise Lufteinlassschutzgitter an Hubschraubern, die spezifischen Herstellungsanforderungen und die dazu benötigten Versuchsreihen herausgearbeitet. Die Bauteilauslegung wird zur Ermittlung wichtiger Materialeigenschaften für laserbasierte 3D-Druck-Verfahren untersucht. Auch die Voraussetzungen für einen positiven Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit werden ermittelt. Hierzu werden iterative Prozesssimulationen durchgeführt. Abschließend wird ein Demonstrator gedruckt, charakterisiert und im Hinblick auf die verwendeten Parameter der Verfahren bewertet. Die Untersuchungen des Materialverhaltens und der Prozesssimulationen finden am realen Demonstrator statt. Die spanischen Partner tragen dabei maßgeblich zur Auslegung und Herstellung dieser Testbauteile bei.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch A-MELIUS können Gewichts-, Kosten- und eine Bauteilkomplexitätsreduzierungen von bis zu 50 Prozent erreicht werden. Durch die Kombination verschiedener Materialien, dem 3D-Druck-Laserverfahren und der gezielten Verbesserung von Oberflächen- und Materialeigenschaften des Bauteils können neue Anwendungsgebiete in der Luft- und Raumfahrtindustrie eröffnet werden. Die transnationale Zusammenarbeit stärkt durch den Wissensvorsprung auf den Gebieten der Lasermaterialbearbeitung die europäische Wettbewerbsfähigkeit.

• Airbus Defence and Space GmbH
• Pulsar Photonics GmbH
• Technische Universität Dresden