Ausgangspunkt / Motivation

Durch die Zunahme des weltweiten Luftverkehrs steigt die Relevanz von ressourceneffizienteren Flugzeugen, vor allem im Hinblick auf Strukturgewicht. Metallische Beschläge, Lagerungen, Schließ- und Verriegelungselemente sind besonders wichtig für die Integrität und sind daher hoch belastet, deshalb können die Kosten für die Fertigung über 50% der Gesamtkosten betragen.

Ziele

• Senkung der Herstellungskosten für zwei Strukturbauteile durch Laser-Schmelzen (engl. Laser Melting LM) im Pulverbett um 20%.
• Senkung des Bauteilgewichts um 40% durch bionische Konstruktion
• eine möglichst fehlerfreie Fertigung durch kontinuierliche Schmelzbad-Überwachung und Pulverbett-Oberflächen-Scanning und international erstmalig deren Kombination mit zu entwickelnden metallurgisch basierten Online-Fehlerkorrektur-Methoden.
• elektrochemische Oberflächenbehandlung ("Elektropolieren"). Dies schließt zudem die Abstimmung des additiven Herstellprozesses auf die Ausgangspulver ein, die dafür im Rahmen des Projekts optimiert werden.

Inhalt

Für hohe Kosteneffizienz in der AM-Fertigung wird zudem der Einfluss von bereits genutztem Ti6Al4V-Pulver und dem Grad der Zumischung von Neupulver unter Einsatz verschiedener Pulverbehandlungs-/Herstellungsverfahren und entsprechender LM-Prozessoptimierung untersucht, was speziell für Luftfahrt-Anwendungen eine zusätzliche Innovation darstellt.

Zudem ist auch die Optimierung der Baurichtung bezüglich höchster mechanischer Zuverlässigkeit (Ermüdungsfestigkeit) sowie möglichst glatter Oberflächentopographie als Basis für auf Lattice- und Bone-Innenstrukturen basierten Leichtbau F&E-Ziel des Projekts.

Die für die Langzeitermüdungsfestigkeit der Bauteile entscheidende Mikrorauigkeit aller Strukturen wird durch Elektropolieren mit gezielter hydrodynamischer Steuerung der Elektrolytschicht eingeebnet. Im Bereich neuer Konstruktion und Fehlerkorrektur soll das Projekt letztendlich eine Tool-Box für nachfolgende F&E-Projekte zur Verfügung stellen.

Methodik

Durch das "Additive Manufacturing" werden die Parameter für den Laser-Pulverbettprozess angepasst, um eine hohe Bauteilqualität zu gewährleisten. Das Laser-Schmelzen des Titanpulvers wird durch ein im Computer erstelltes 3D-Konstruktionsmodell optimiert. Sobald eine Metallschicht verschmolzen ist, senkt sich die Plattform ab, eine weitere Pulverschicht wird aufgebracht, und der Prozess wiederholt sich. Auf diese Weise entsteht sukzessive das fertige Bauteil. Der Prozess wird durch eine neuartige Online-Prozessüberwachung überprüft.

Ergebnisse

Es wurden Verfahren der Additiven Fertigung von Titan-Bauteilen entwickelt, die im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung bei gleicher mechanischer Stabilität bis zu 13 % leichter sind. Vor allem aufgrund des deutlich geringeren Materialverbrauch der Titanlegierung könnten sich in der industriellen Fertigung bis zu 20% Kostenersparnis ergeben (im Vergleich zu Fertigung in Frästechnik). Die konkreten Bauteile, auf die sich die Bemühungen fokussierten, waren hierbei ein Scharnier der Triebwerksabdeckung eines Airbus 330 sowie ein Beschlag für Bremsklappen einer Boeing.

Projektkoordination

FACC Operations GmbH

Projektpartner:innen

• JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
• voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG
• PRIME Aerostructures GmbH
• CEST Kompetenzzentrum für elektrochemische Oberflächentechnologie GmbH

FACC Operations GmbH
Fischerstraße 9
A-4910 Ried im Innkreis