5 Wege, wie additive Fertigung Luft- & Raumfahrt und Verteidigung revolutioniert

Additive Fertigung kann in unzähligen Branchen und Anwendungen eingesetzt werden – von der Herstellung kleiner Prototypen bis hin zu verfeinerten Raketentriebwerken. Wenn Sie noch zögern, additive Fertigungstechnologien in Ihre Fertigungsabläufe zu integrieren, bedenken Sie die vielen Vorteile und bahnbrechenden Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigungsindustrie.

Inhaltsverzeichnis

• Was ist additive Fertigung?
• Vorteile der additiven Fertigung
• Luft- und Raumfahrt-Anwendungen der additiven Fertigung
• Militärische und Verteidigungsanwendungen von 3D-Druck
• Interessiert an mehr über die Vorteile der additiven Fertigung?

Was ist additive Fertigung?

Additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ist der Prozess der Erstellung eines dreidimensionalen Objekts aus einem digitalen 3D- oder CAD-Modell. Wie der Name impliziert, funktioniert additive Fertigung durch schichtweises Hinzufügen von Material zum Aufbau eines Objekts. Diese Materialien können Metallpulver, Kunststoff oder Keramik umfassen. Additive Fertigung kann traditionelle Methoden der Objekterstellung wie Bearbeitung, Schneiden, Drehen, Formen, Fräsen und andere „subtraktive“ Fertigungsprozesse ergänzen und in einigen Fällen vollständig ersetzen.

Während des additiven Fertigungsprozesses wird ein Objekt mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) entworfen oder durch Scannen des zu druckenden Objekts. Die Software kann den Scan in ein präzises Framework für die 3D-Druckmaschine übersetzen, das sie Schicht für Schicht verfolgt.

Vorteile der additiven Fertigung

Es gibt eine Vielzahl von Vorteilen, die der Nutzung additiver Fertigung innewohnen, darunter:

Gesunkene Entwicklungskosten

Fortschrittliche Fertigungstechnologie hat das Klischee, aufgrund ihrer Anschaffungskosten etwas teuer zu sein; langfristig führen jedoch reduzierte Entwicklungskosten zu Kosteneinsparungen. Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks ist die Reduzierung der Arbeitskosten. Abgesehen von der Nachbearbeitung sind die meisten Drucker autark und benötigen kaum Unterstützung durch einen Bediener. Daher sind die mit dem additiven Fertigungsprozess verbundenen Arbeitskosten im Vergleich zu traditionellen Fertigungsprozessen, die hochqualifizierte Bediener erfordern können, im Wesentlichen nicht existent.

Zusätzlich ist additive Fertigung bei geringen Stückzahlen kostentechnisch wettbewerbsfähig im Vergleich zur traditionellen Fertigung. Es ist oft erheblich günstiger, einen Prototyp zu 3D-drucken, als ihn mit anderen Fertigungsmethoden wie Spritzguss (denken Sie an Werkzeugvorlaufzeit und -kosten), Fräsen und Bearbeitung herzustellen.

Reduzierter Produktabfall

Durch das Entwerfen von Entwürfen in einem Computerprogramm und deren Übermittlung zum Druck wird die Zeit für die Erstellung und Produktion neuer Designs drastisch verkürzt, mit weniger Abfall; dieser digitale-zu-digitalen Prozess eliminiert die zusätzlichen Zwischenschritte des traditionellen Prototypenbaus, die zu Materialabfall führen können. Je nach verwendetem Material kann diese Reduzierung auch zu erheblichen Kostensenkungen führen – z. B. wenn das erforderliche Material Titan ist.

Zusätzlich hat 3D-Druck die Durchlaufzeiten beschleunigt – mit der Fähigkeit, schnelle Iterationen zu erstellen, identifiziert 3D-Druck Ingenieur- und Designprobleme, die in der traditionellen Fertigung Wochen, wenn nicht Monate, zur Entdeckung gebraucht hätten. Da additive Fertigung die Erstellung komplexer Designs ermöglicht, die normalerweise zu schwierig oder zu teuer zu fertigen sind, kann die Prozessentwicklung schneller als mit traditionellen Fertigungsprozessen erreicht werden. Das bedeutet, mehr Zeit und Geld können anderweitig genutzt werden. Insgesamt bietet additive Fertigung einen effektiveren und effizienteren Designprozess mit weniger Abfall und reduzierten Ausgaben.

Wirklich fortschrittliches Prototyping

Mit additiver Fertigung können Sie einen Prototyp auf einem 3D-Drucker in Stunden entwerfen und produzieren – nicht in Wochen! Anstatt für die Fertigung zu designen, können Sie nun für Nutzen und Anwendung fertigen. Zusätzlich können Teile speziell hergestellt werden, um komplexe Kundenspezifikationen zu erfüllen – ein Gamechanger für das Prototyping.

Additive Fertigung bedeutet, dass Sie nun schnell Mock-ups eines neuen Produkts erstellen und ein Teil für eine spezifische Marktnische produzieren können, was zur Produktion von Produkten mit hohen Gewinnmargen führen könnte. Der übergreifende Fertigungsprozess wird durch die Integration additiver Fertigung von Anfang bis Ende weiter optimiert.

Luft- und Raumfahrt-Anwendungen der additiven Fertigung

Angesichts der Vorteile der additiven Fertigung ist es naheliegend, dass eine solche Technologie in der Luft- und Raumfahrtindustrie Anwendung findet. Solche Trends umfassen:

Raketenkörper bauen

Relativity Space ist ein amerikanisches Luft- und Raumfahrtfertigungsunternehmen mit Hauptsitz in Los Angeles, Kalifornien, das sich auf die Entwicklung von Fertigungstechnologien, Trägerraketen und Raketentriebwerken für kommerzielle Orbitalstartdienste konzentriert. Ihre Stargate-Fertigungsanlage beherbergt die weltweit größten Metall-3D-Drucker und nutzt gerichtete Energieablagerung und patentierte Legierungen, um die Körper ihrer Raketen herzustellen.

3D-Druck ermöglicht es ihnen, integrierte Komponenten schnell zu entwerfen, die die Teileanzahl im Vergleich zu traditionellen Trägerraketen um das 100-fache reduzieren. Dies spart auch Gewicht und verbessert die Zuverlässigkeit – beides von enormer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit von Weltraumstarts.

Raketentriebwerke konstruieren

Rocket Lab ist ein öffentlicher amerikanischer Luft- und Raumfahrt-Hersteller und Anbieter von Kleinsatelliten-Startdiensten. Ihr Rutherford-Raketentriebwerk wurde Ende 2016 erstmals getestet, und seitdem wurden über 200 dieser bahnbrechenden Modelle produziert.

Die Brennkammern dieses speziellen Triebwerks, Injektoren, Pumpen und Haupttreibstoffventile werden alle mittels Elektronenstrahlschmelzen 3D-gedruckt. Das resultierende Triebwerk ist einfach, zuverlässig und leicht – nur 35 kg oder 77 lb – was sie ideal für kostengünstige Weltraumstarts macht. Und jenseits der Erdatmosphäre werden ihre neuen Curie- und HyperCurie-Triebwerke nach denselben Prinzipien gebaut.

Astronautenanzüge weiterentwickeln

Additive Fertigung wird nicht nur für die physische Rakete genutzt; diese Technologie kann auch bei der Herstellung fortschrittlicher, verfeinerter Astronautenanzüge eingesetzt werden. Als SpaceX Menschen ins All schickte, waren die Anzüge ihrer Crew teilweise mit additiver Fertigung hergestellt.

Obwohl das Unternehmen Details der zugrundeliegenden Technologie weitgehend privat hält, bemerkte ein Sprecher, dass „der Helm individuell mittels 3D-Drucktechnologie gefertigt wird und integrierte Ventile, Mechanismen für Visier-Einzug und -Verriegelung sowie Mikrofone in der Helmstruktur enthält.“

Militärische und Verteidigungsanwendungen von 3D-Druck

Auch in der Verteidigungsindustrie werden Fortschritte mit additiver Fertigung erzielt, darunter:

Jointless Hull Projekt

Im April unterzeichnete die US-Armee einen Vertrag für ihr „Jointless Hull Project“, das das ehrgeizige Ziel hat, einen 3D-Metalldrucker zu entwickeln, der so groß ist, dass er ein Militär-LKW-Äußeres in einem einzigen riesigen Stück fertigen kann. Die Mission ist die Entwicklung eines großskaligen Werkzeugs, das einzelne, fugenlose Kampfpanzer-Rümpfe in einer Near-Net-Größe von 30' x 20' x 12' produzieren kann.

Minensuchmissionen

Das US Marine Corps nutzte additive Fertigung erfolgreich für ihre Minensuchmission, indem sie einen Kopfdeckel für einen Raketenmotor 3D-druckten, der zur Detonation einer M58 Mine Clearing Line Charge (MICLIC) verwendet wird.

Die MICLIC ist eine raketenprojezierte explosive Ladung, die einen Pfad durch Minenfelder und andere Hindernisse auf dem Schlachtfeld freiräumt. Der Einsatz additiver Fertigung zur Herstellung des Kopfdeckels ermöglichte es den Marines, die kostspieligen und zeitaufwändigen Nachteile traditioneller Fertigungstechniken zu überwinden und eine effizientere Methode zur Herstellung des Teils bereitzustellen. Der Kopfdeckel wurde aus Edelstahl 3D-gedruckt, bevor er am Yuma Proving Ground in Arizona getestet wurde. Während des Testevents wurde der 3D-gedruckte Kopfdeckel an einen Raketenmotor angebracht, der erfolgreich eine Minenräumladung zündete.

Interessiert, mehr über die Vorteile der additiven Fertigung zu erfahren?

Additive Fertigung ist ein Gamechanger für Hersteller aller Größen. Sie kann sie befähigen, Produkte schneller und günstiger herzustellen – und mit weniger Produktionsabfall und besserer Präzision. Wenn man das größere Bild betrachtet, verändert AM auch das Leben alltäglicher Amerikaner – von medizinischen Durchbrüchen bis hin zu sichererem Transport und Straßen.

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