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Laserschmelzen

Re-Design eines Krügerklappenscharniers für die Additive Fertigung

| Redakteur: Dorothee Quitter

Das Gooseneck Bracket ist ein Strukturbauteil des High-Lift-Systems von Flugzeugen und wurde von ASCO im Rahmen des „AFLoNext“-Projekts neu entworfen.

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Die ursprüngliche Schweißkonstruktion des Scharniers wog 2050 g.
Die ursprüngliche Schweißkonstruktion des Scharniers wog 2050 g.
(Bild: SLM Solutions/Asco)

Asco, ein belgisches Luftfahrtunternehmen mit Sitz in Brüssel, entwickelt High-Lift-Systeme und verarbeitet hochfeste Stähle, Titan und Aluminiumlegierungen zu Strukturelementen für Rumpf und Triebwerk. Im Rahmen des Projekts „AFLoNext“ hat Asco ein Gooseneck Bracket neu entwickelt. „AFLoNext“ ist ein vierjähriges integriertes Projekt mit dem Ziel, vielversprechende Flow-Control-Technologien für neuartige Flugzeugkonfigurationen zu testen und zu beweisen. Es wurde über Mittel aus dem siebten Forschungsprogramm der Europäischen Union gefördert. Das neu entwickelte Bracket fungiert als Scharnier zwischen einer Krügerklappe und der Flugzeug-Flügelstruktur. Die Krügerklappen dienen der Auftriebserhöhung von Flugzeugen und werden als Alternativen für Vorflügel an den Anströmkanten von Flugzeugen verwendet.

Additive Fertigung verringert Gewicht

Die elegante Form des Scharniers ist das Ergebnis strenger räumlicher Einschränkungen und hoher Schnittstellenlasten. Das Bracket wurde ursprünglich von Asco für die konventionelle Bearbeitung in hochfestem korrosionsbeständigem Stahl mit einem Gewicht von 2050 g konstruiert. Da es schwer zu bearbeiten war und eine hohe Buy-to-Fly-Ratio hatte, wurde als neues Fertigungsverfahren das selektive Laserschmelzen von SLM Solutions favorisiert.

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Asco und SLM Solutions haben sich für einen gemeinsamen Ansatz entschieden, um das beste Design für das neue Gooseneck Bracket zu erzielen: Anwendungsingenieure von SLM Solutions waren an der Überprüfung verschiedener Designschritte beteiligt, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten. Die Twin-Lasertechnologie der SLM-Maschinen hat dazu beigetragen, dass die Bauzeit von 82 h auf 48 h reduziert werden konnte. SLM ist es weiterhin gelungen, einen Prozess aufzusetzen, der die thermischen Spannungen im Bauteil erfolgreich begrenzt hat.

Re-Design notwendig

Da für klassisch konstruierte Bauteile der Mehrwert der lasergestützten Fertigung gering ist, wurde ein Re-Design des Gooseneck Brackets für die additive Herstellung mittels Topologieoptimierung vorgenommen. Ziel der Optimierung war es, das Gewicht zu minimieren und dabei die notwendige Festigkeit zu erreichen, um den im „AFLoNext“-Projekt definierten aerodynamischen Lasten standzuhalten. Darüber hinaus wurden zwei weitere Komponenten integriert, wodurch eine Verringerung der Gesamtmontagezeit erzielt werden konnte. Das optimierte Gewicht des neuen Bauteils beträgt 1416 g (gegenüber 2050 g), was einer Gewichts- reduzierung von 31 % entspricht.

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Materialabfall minimiert

Das Buy-to-Fly-Verhältnis gibt die Relation zwischen dem Gewicht des eingekauften Rohmaterials und dem Gewicht des Endteils wieder. Es lag beim konventionell gefertigten Bauteil bei circa 17, wohingegen die Buy-to-Fly-Ratio bei der SLM-Version auf 1,5 sinkt (einschließlich Stützstrukturen). Die Bearbeitungszeit des konventionell gefertigten Bauteils betrug etwa 4,5 Stunden. Bei dieser neuen im SLM Verfahren hergestellten Version sind nur noch wenige Schnittstellen nachzubearbeiten. (qui)

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