Ausgangspunkt / Motivation

Ultra-Leichtbau ist der Schlüssel für die Umsetzung der Zero-Emission-Strategie der Luftfahrt. Der Ersatz von Kohlenwasserstoff-basierten durch Elektro-Antriebe mit höherer Anzahl kleinerer Aggregate an aerodynamisch optimalen Positionen am Airframe ändert disruptiv derzeitige Konstruktionsleitlinien.

Die gewichtsoptimierte Bauteilauslegung nutzt die Topologie-Optimierung für möglichst gleichmäßig hohe Belastung entlang von Lastpfaden, was damit zu komplexen Freiformgeometrien und Fachwerk-ähnlichen Verstrebungen führt. Deren wirtschaftliche Fertigung ist konventionell (Schmieden, CNC-Zerspanen) kaum möglich und bedarf additiven Fertigungsmethoden (AM, „3D-Druck") mit den erforderlichen Werkstoffen höchster spezifischer Festigkeit (z.B. TiAl6V4, PEI).

Ziele

Ziel von "3d-strain-sense" ist die Entwicklung von funktionalem Direct-to-Shape-Druck von resistiven Sensoren auf konvexe und konkave Freiformoberflächen mittels Roboter-gesteuertem Inkjet-Druck. Mit den neuen Methoden sollen Sensoren direkt auf Freiformflächen gedruckt werden, um die Belastungen kontinuierlich zu überwachen und damit den Wartungsaufwand erheblich zu reduzieren.

Inhalt und Methode

Erstmalig werden die zu bedruckenden Teile bei vertikaler Druckrichtung bewegt, um signifikant höhere Präzision und Reproduzierbarkeit gegenüber gekippten Druckköpfen sowie auch den Druck innerhalb von Hüllstrukturen zu ermöglichen. Die Sensoren (Dehnungsmessstreifen) checken kontinuierlich den Zustand des Bauteils. So können Service-Intervalle womöglich verlängert werden.

Die neuen Methoden ermöglichen, dass die Sensoren die Überwachung der Bauteile übernehmen und über deren Zustand informieren. So kann ein vorzeitiger Tausch verhindert und Ressourcen können eingespart werden. Die Herausforderung dabei liegt in der Form der Leichtbauteile. Denn die Freiform-Geometrien lassen sich nur schwer bedrucken.

Erwartete Ergebnisse

Als erste Demonstration wird die Technik für die Zusatztankhalterungen in Kleinflugzeugen angewendet. Versuche zeigen vielversprechende Ansätze, die nicht nur kurzfristige wirtschaftliche Vorteile bieten, sondern auch die wissenschaftliche Prüfung von bionischen Bauteilen unterstützen. Langfristig soll so der Weg für die Integration additiv gefertigter Bauteile in die Primärstruktur von Flugzeugen geebnet werden.

Projektkoordination

JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH

Projektpartner:innen

• PRIME Aerostructures GmbH
• TECHNIA GmbH
• Aviation Invest GmbH
• Materials Center Leoben Forschung GmbH
• alphacam austria GmbH

JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
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