Forschungsprogramm Mit additiver Fertigung zu nachhaltigeren Luftfahrtantrieben

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Bundesanstalt für Material- forschung und -prüfung (BAM)

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Das Forschungsprogramm [ˈskai]-lab kombiniert Qualitätskontrolle, Strukturüberwachung und Betriebssicherheit additiv gefertigter Bauteile für elektrifizierte Flugzeugtriebwerke mit dem Ziel, die Luftfahrt in Zukunft nachhaltiger zu gestalten.

Damit die Luftfahrt emissionsärmer wird, braucht sie neue und leichte Antriebstechnologien. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die additive Fertigung, denn sie ermöglicht komplexe und gewichtsoptimierte Bauteile, die für elektrische Antriebssysteme entscheidend sind. Genau hier setzt die Kooperation ['skai]-lab an, indem sie die Expertisen der additiven Fertigung (BAM, BTU) und der zerstörungsfreien Prüfung (BAM) mit den Anwendungsanforderungen für neuartige Antriebskonzepte und -komponenten in der Luftfahrt (DLR, BTU) strategisch verbindet.
 Im Fokus stehen additiv gefertigte Komponenten für elektrische Antriebssysteme – vom E-Motor über Getriebe bis zu Wärmetauschern. Durch die Kombination modernster Fertigungstechnologien mit zerstörungsfreier Prüfmethodik und datengetriebener Prozessoptimierung sollen leistungsfähige, langlebige und ressourceneffiziente Bauteile entstehen.

„Mit ['skai]-lab setzen wir neue Maßstäbe für den 3D-Druck in der Luftfahrt. Unser Ziel ist es, gemeinsam innovative Werkstoffe und Fertigungsprozesse zu entwickeln, die nicht nur höchste Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllen, sondern durch effizienteren Ressourceneinsatz einen Beitrag zu einer emissionsarmen Luftfahrt leisten“, erklärt BAM-Präsident Prof. Dr. Ulrich Panne.

Interdisziplinäre Kompetenzen erwerben

Kern des Programms ist ein Qualifizierungsprogramm für Promovierende, das ein umfassendes Verständnis der gesamten Wertschöpfungskette vermitteln soll – von der Fertigung über Qualitätskontrolle bis zu regulatorischen Rahmenbedingungen. Ergänzt wird dies durch Soft-Skill-Kurse, Summer Schools und internationale Forschungsaufenthalte. Ziel ist es, hochqualifizierte Experten auszubilden, die zukünftig eine wegweisende Rolle in Wissenschaft, Industrie und im öffentlichen Sektor übernehmen und dafür genau die Kompetenzen mitbringen, die die Industrie für den technologischen Wandel benötigt.
 BTU-Präsidentin Prof. Dr. Gesine Grande: „Die Kooperation im ['skai]-lab bietet unseren Promovierenden die einmalige Gelegenheit, interdisziplinäre Kompetenzen in Fertigungstechnologien und Qualitätssicherung zu erwerben, um aktiv an einer nachhaltigen Luftfahrt der Zukunft mitzuwirken.“

Vernetzung und internationale Sichtbarkeit

['skai]-lab ist eng in das internationale Forschungsnetzwerk von DLR, BAM und BTU eingebunden. Die Promovierenden sollen dadurch von einem intensiven interdisziplinären Austausch, umfassender wissenschaftlicher Expertise und dem Zugang zu modernster Forschungsinfrastruktur profitieren. Kooperationen mit führenden Unternehmen wie Airbus und MTU sowie die Begleitung durch nationale Fachgesellschaften und ein externes Advisory Board schlagen dabei die Brücke in die industrielle Praxis, heißt es seitens der Kooperation.
 „Die enge Zusammenarbeit der Forschungseinrichtungen mit dem Fokus auf zukünftige industrielle Bedarfe im ['skai]-lab schafft ein einmaliges Umfeld, um den Einsatz von elektrischen Antriebstechnologien für die Luftfahrt voranzutreiben und damit CO₂-Emissionen signifikant zu reduzieren“, betont Prof. Dr. Lars Enghardt, Direktor des DLR-Instituts für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe und Leiter des gleichnamigen BTU-Fachgebiets.

Abschluss erster Promotionen bis 2030

Das Programm startet zunächst mit neun Promotionsprojekten, jeweils drei in jeder beteiligten Forschungseinrichtung. Sie decken die gesamte Prozesskette ab: von der Entwicklung additiv gefertigter Wärmetauscher und Hohlleiterwicklungen für E-Maschinen bis hin zur datengetriebenen Optimierung mittels Physics-Informed Neural Networks (PINN) und robusten Methoden des Structural Health Monitorings (SHM). Besonderes Augenmerk liegt auf Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz und Reduzierung des CO₂-Ausstoßes.
 Bis 2030 sollen die ersten Promotionen abgeschlossen sein. Damit will ['skai]-lab eine Basis für neue wissenschaftliche Erkenntnisse, die Weiterentwicklung innovativer Technologien sowie den nachhaltigen Wissenstransfer schaffen. Gleichzeitig soll das Programm zur Ausbildung hochqualifizierter Wissenschaftler beitragen.

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