AFRL und Universitäten pionieren 3D-gedruckte Carbonfaser/Epoxid-Composites für die Luftfahrt

Der Composites Branch des Air Force Research Laboratory (AFRL, Dayton, Ohio, USA) hat sich mit der University of Arkansas, der University of Miami, der Louisiana Tech University und der University of Texas at El Paso zusammengeschlossen, um additiv gefertigte Epoxid/Carbonfaser-Composites für Strukturteile in Luft- und Raumfahrt zu entwickeln.

Die für die gedruckten Materialien verwendeten Polymere sollen dieselben Materialien sein, die bereits in Air-Force-Systemen eingesetzt werden und die für hohe thermische und umgebungsbeständige Haltbarkeit, hohe Festigkeit und sehr geringes Gewicht entwickelt wurden.

Im Vergleich zu traditionellen Composites, so AFRL, ist es möglich, komplexe additiv gefertigte Composite-Teile einfacher herzustellen, und dieser Prozess eliminiert die Notwendigkeit teurer und langwieriger Aushärtungsprozesse. Additive Fertigung soll auch die Logistik bei der Herstellung, Montage und Reparatur von Teilen vereinfachen, da diese Prozesse im Feld oder im Depot durchgeführt werden können.

Zusätzlich hat AFRL gemeinsame Projekte mit internationalen Verbündeten, einschließlich Indien, gebildet, um den Composite-3D-Druck zur Herstellung komplexer Kernstrukturen zu nutzen, die, kombiniert mit oberen und unteren Deckschichten, leichte Sandwichstrukturen mit auf die zu tragenden physikalischen Kräfte abgestimmten Eigenschaften schaffen.

Die Fertigungsagilität dieser additiv gedruckten Kerne soll die einfache Einbringung anderer Materialien wie Metallfittings und elektrischer Komponenten ermöglichen, was die Montage erleichtert und multifunktionale Strukturen mit eingebetteter Sensorik, Aktorik, Berechnung oder elektrischer Energie für nächste Generationen multifunktionaler unbemannter Luftfahrzeuge schafft.

Traditionelle Sandwichstrukturen werden an Flugzeugaußenhauten mit gleichen Kerngeometrien über den gesamten Bereich eingesetzt. Additiv gedruckte Sandwichstrukturen sollen Berichten zufolge Strukturen ermöglichen, die dort schwerere Kräfte aushalten, wo sie benötigt werden, und dort leichter bleiben, wo sie nicht benötigt werden.

„Das Potenzial, schnell hochfeste Composite-Teile und Vorrichtungen für den Kämpfer zu drucken, könnte ein gewaltiger Vorteil sowohl im Feld als auch für die Beschleunigung der Waffensystementwicklung sein“, sagt Dr. Jeffery Baur, Leiter des Composite Performance Research Teams.

Die Ergebnisse der Teamarbeit werden in einer Sonderausgabe des Journal of Experimental Mechanics veröffentlicht, die der Mechanics of Additively Manufactured Materials gewidmet ist.