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Additive Fertigung Vom Schmiede-Teil zur 3D-Druck-Komponente

| Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Liebherr hat erstmals einen additiv gefertigten Hochdruck-Hydraulikblock erfolgreich im Airbus A380 erprobt. Gefertigt wurde er auf einem Metall-3D-Drucker von EOS.

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Der neue additiv gefertigte Ventilblock bietet die gleiche Leistung wie das konventionelle Bauteil, ist jedoch 35 % leichter und besteht aus einer Titan-Legierung.
Der neue additiv gefertigte Ventilblock bietet die gleiche Leistung wie das konventionelle Bauteil, ist jedoch 35 % leichter und besteht aus einer Titan-Legierung.
(Bild: Liebherr)

Vor dem Hintergrund, dass das ökologische Bewusstsein zunimmt, die Treibstoffpreise steigen und es an alternativen Energiequellen fehlt, muss die Luftfahrtindustrie nach neuen Technologien suchen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Der pulverbettbasierte industrielle 3D-Druck könnte die Branche grundlegend verändern und innovative Bauteile hervorbringen. Sechs Jahre ist es her, dass Liebherr sein Programm der additiven Fertigung eingeführt hat. Nun konnte das Unternehmen nachweisen, dass sich die EOS-Technologie für den 3D-Metall- Druck auch für in Flugzeugen verbaute Hydraulikblöcke eignet.

An Bord eines Flugzeugs sorgt erst das Zusammenspiel mehrerer Komponenten für einen sicheren Flug: So bewegt beispielsweise ein Stellantrieb die Störklappen in die gewünschte Position, um den Auftrieb eines Flugzeugs zu verringern. Insbesondere bei diesen Bauteilen der primären Flugsteuerung kommt es auf höchste Qualität und Präzision in der Fertigung an. Traditionell werden Ventilblöcke aus Rohmaterial geschmiedet und danach bearbeitet, beschnitten, mit Bohrungen versehen und schließlich montiert. Diese Prozesskette ist zeitraubend und komplex und lässt nur wenig Spielraum für Optimierungen. Bereits die bloße Menge an Prozessschritten lässt erahnen, welches Verbesserungspotenzial besteht, wenn auf das 3D-Metall-Druckverfahren umgestellt werden kann.

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Optimierte hydraulische Kanäle

Von vornherein war klar, dass es mit dem reinen Ersatz des konventionellen Bauteils nicht getan ist. Das neue Bauteil musste leichter, ressourceneffizienter und umweltfreundlicher sein. Für die Lösung wurden ein Design und eine Prozesskette entwickelt, mit denen sich das zuverlässige und hochwertige industrielle 3D-Druckverfahren von EOS auch in der Luftfahrtbranche einsetzen lässt. Hierfür wurde zunächst das konventionelle Bauteil in Augenschein genommen. Dann wurden seine hydraulischen Strukturen herausgearbeitet und Hilfssysteme entfernt. Eine Analyse zeigte, wie sich die Hauptbauteile angesichts der Bauraum- und Schnittstellenanforderungen so platzieren lassen, dass intelligente und kurze Verbindungsleitungen möglich sind. Die Funktionselemente wurden über gekrümmte Rohre direkt miteinander verbunden. Auf ein komplexes Rohrsystem mit vielen Querbohrungen konnte so verzichtet werden, was viel Zeit in der Produktion spart.

Titan minimiert zusätzlich Gewicht

Als Werkstoff kam eine Titan-Legierung zum Einsatz. Diese eignet sich besonders gut für die Luftfahrt, da sie mit vielen Vorteilen aufwarten kann. So lassen sich mit dem Material Gewichtseinsparungen erzielen und ein kosteneffizienter Betrieb gewährleisten, da es sehr leicht, mechanisch stabil und äußerst korrosionsbeständig ist. Der Ventilblock wurde im Zuge der Nachbearbeitung zur Spannungsentlastung wärmebehandelt; auch seine hydraulischen Kanäle wurden einer Sonderbehandlung unterzogen.

Der neue additiv gefertigte Ventilblock bietet die gleiche Leistung wie das konventionelle Bauteil, ist aber 35 % leichter und besteht aus weniger Einzelteilen. Da es möglich war, zehn Funktionselemente in den neuen Ventilblock einzubinden, konnte auf das Rohrsystem inkl. Querbohrungen verzichtet werden. Der im 3D-Druck gefertigte Ventilblock in Leichtbauweise konnte inzwischen einen ersten erfolgreichen Testflug im Airbus A380 absolvieren. Er dürfte im Zusammenspiel mit anderen künftig additiv gefertigten Bauteilen zur Verringerung des Treibstoffverbrauchs und damit auch zur Reduktion der CO2- und NOX-Emissionen beitragen. (qui)

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