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Leichtere Flugzeugtüren mit 3-D-gedrucktem Gussmodell

Der französische Luftfahrtzulieferer Sogeclair aus Blagnac hat einen Weg gefunden, beim Bau von Flugzeugtüren 30 % Gewicht zu sparen: Das Unternehmen setzt beim altbewährten Feingießen auf 3-D-gedruckte Polymethylmethacrylat (PMMA)-Modelle von voxeljet, Friedberg. Sie erlauben neue Freiheiten im Leichtbau-Design und lassen sich schnell und kostengünstig herstellen. Zu bestaunen war die Flugzeugtür der Zukunft erstmals auf der Pariser Luftfahrtshow 2017 vom 19.- 25. Juni 2017.

Um Flugzeuge treibstoffsparsamer zu machen, fordern immer mehr Hersteller von ihren Zulieferern Leichtbauteile. Ein Lösungsansatz: 3-D-Drucker, mit denen sich direkt aluminium- und titanlasergesinterte Bauteile mit neuartigen, materialsparenden Geometrien realisieren lassen. Das Manko: Die gefertigten Bauteile sind vergleichsweise teuer und eignen sich bislang nur für die Produktion kleiner Bauteile. Wie steht es aber um größere Bauteile wie Flugzeugtüren? „Hier bietet sich die Möglichkeit, den 3-D-Druck mit dem altbewährten Feinguss zu kombinieren“, sagt Thierry Herrero, Director Sales West Europe bei voxeljet. Und zwar mit 3-D-Druckern, die Feingussmodelle für vorher nicht-herstellbare Geometrien mit Kunststoff (PMMA) additiv drucken – ganz ohne teure Spezialwerkzeuge. „Somit verbindet sich das Beste zweier Welten: die geometrische Freiheit des 3-D-Drucks und die Stabilität des altbewährten Feingusses.“

Zu den Anwendern der 3-D-gedruckten Gussformen zählt Sogeclair. Ein Forschungsprojekt des französischen Luftfahrtzulieferers beschäftigt sich mit futuristischen Flugzeugtüren, die dank eines raffinierten, bionischen Geflechts aus Aluminium-Streben bei gleicher Robustheit deutlich weniger Material benötigen und somit 30 % leichter sind. Ein solches Geflecht im Computer mit einer Computer-aided-Design-Software (CAD) zu konstruieren, ist für die Aerospace- Experten kein Problem. Schwierig wird es hingegen bei der Fertigung im Feingießverfahren. „Gerade bei der Entwicklung von Prototypen müssen Unternehmen immer wieder Feinheiten ändern“, erklärt Herrero. „Es ist allerdings zeitund kostenaufwendig, für jede Änderung mit Spezialwerkzeugen eine neue Gussform für das Feingießen zu fertigen.“ Die Lösung: das 3-D-Drucksystem VX1000 von voxeljet, das mit einem Bauraum von 1000 x 600 x 500 mm zu den größten industriellen 3-D-Drucksystemen für Feingussmodelle zählt. „Design-Änderungen lassen sich direkt am Bildschirm realisieren.“

voxeljet nutzt die CAD-Datei der Flugzeugtür als Input für das 3D-Drucksystem. Dieses trägt einen Acrylkunststoff namens Polymethylmethacrylat (PMMA) in Pulverform auf das Baufeld auf – in 150 μm dünnen Schichten. Der Druckkopf fährt anschließend über das Baufeld und verklebt dem digitalen Bauplan entsprechend punktuell das PMMA. Anschließend folgt eine frische Pulverschicht. Schicht für Schicht entsteht so das Feingussmodell. „Im Vergleich zu anderen additiv verarbeitbaren Materialien, wie beispielsweise Flüssigharzen in der Stereolithografie lässt sich das PMMA hervorragend ausbrennen. Grund hierfür ist vor allem der negative Ausdehnungskoeffizient unseres Pulvermaterials, was keinerlei Schalenbrüche beim Ausbrennen des dünnwandigen Modells mit sich brachte“, sagt Herrero. Ist das PMMA-Modell fertig gedruckt, wird dieses mit einem heißen Wachs infiltriert, um die Oberflächen zu versiegeln. Der nächste Arbeitsschritt erfolgt in der Gießerei. Mitarbeiter versehen das gedruckte Modell mit Keramikschichten und schmelzen das Modell in einem Ofen aus. Übrig bleibt eine Gussform aus Keramik, die anschließend mit flüssigem Aluminium gefüllt wird. Ist das Metall ausgehärtet, schlagen Mitarbeiter die Keramikschicht ab und legen die fertige Flugzeugtür frei. Derzeit handelt es sich noch um einen Prototypen, der erstmals auf dem Sogeclair- Stand auf der Pariser Luftfahrtshow zu sehen war.

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3-D-Rendering der Flugzeugtür von Sogeclair.

Foto: voxeljet