Anschub für additive Fertigung
Die Flugzeughersteller stehen zunehmend unter dem Druck, die Umweltauswirkungen des Luftverkehrs mindern und dabei gleichzeitig die Leistung steigern und die Kosten senken zu müssen. Eine revolutionäre Fertigungstechnik, die erstmals in den 1980ern eingeführt wurde, könnte das Mittel sein, um diesen Wunsch Realität werden zu lassen. Generative Fertigung unterscheidet sich von traditionellen subtraktiven Bearbeitungstechniken, die auf das Entfernen von Material durch Schneiden oder Fräsen angewiesen sind. Sie folgt einem additiven Prozess, bei dem geringe Materialmengen in aufeinanderfolgenden Schichten aufgetragen und dreidimensionale Teile in nahezu jeder beliebigen Form aus einem digitalen Modell aufgebaut werden. Obgleich man sich schon ausgiebig mit der Prototypenentwicklung beschäftigt hat, war die direkte Anwendung dieses Konzepts in der Fertigung bislang aufgrund der niedrigen Produktivität und minderwertigen Materialeigenschaften eher eingeschränkt. Das EU-finanzierte Projekt MERLIN (Development of aero engine component manufacture using laser additive manufacturing) hat nun den Stand der Technik vorangebracht. Im Einzelnen wurden zwei additive Fertigungstechnologien weiterentwickelt: das selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) und das Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition, LMD). Laserverfahren bieten die Möglichkeit zur genauen und kleinteiligen Herstellung von Einzelheiten sowie einer gute Oberflächengüte, die generative Fertigung mittels Elektronenstrahl und Lichtbogen nicht zu realisieren sind. Bei Laserauftragschweißen setzt man einen gescannten Laserfleck auf einem Bett aus Pulver ein, der das Pulver in einem vorbestimmten Muster mit einer Genauigkeit von 50 bis 250 μm lokal zum Schmelzen bringt. Selektives Laserschmelzen nutzt einen Laser zur Verarbeitung von Pulver zum Aufbau von selbsttragenden dreidimensionalen Strukturen von 200 μm Größe. Im Zeitrahmen des MERLIN-Projekts erwiesen sich diese beiden Verfahren als sehr vielversprechend in Hinsicht auf Flugzeugteile für den Hochleistungsbereich. Sie gestatteten völlig neue Produktentwürfe, die unter Einsatz konventioneller Prozesse wie etwa Gießen und Zerspanen, derzeit nicht realisierbar sind. Zudem unterstützten beide laserbasierten additiven Techniken bei einem breiten Spektrum von komplexen Legierungsmaterialien komplexe Geometrien für fortgeschrittene Produktfunktionalität. Um die Vorteile zu demonstrieren, wurden zehn generische Demonstratoren und Triebwerkskomponenten produziert. Die Projektpartner stellten außerdem Vorgaben für das zerstörungsfreie Prüfen für LMD und SLM einschließlich der Hardwareanforderungen an In-Line-Laser und konventionelle Ultraschallprüfsysteme zur Verfügung. Zur geometrischen Validierung innerhalb des Prozesses (In-Process) wurden Überwachungs- und Kontrollverfahren entwickelt. Das MERLIN-Projekt resultierte in hochwertigen, revolutionären additive Fertigungstechnologien, die einen Entwicklungssprung in der Leistungsfähigkeit bewirken können. Die Technik wird neben der nun möglichen Bereitstellung leichter hochleistungsfähiger Teile beträchtliche positive Auswirkungen auf die Umwelt sowie die Wettbewerbsfähigkeit der Luft- und Raumfahrtindustrie haben.
Schlüsselbegriffe
generative Fertigung, additive Fertigung, Flugzeugtriebwerke, Luftfahrzeugmotoren, Triebwerks, Flugzeugtriebwerk, Flugzeugmotor, Laserauftragschweißen, selektives Laserschmelzen, Selective Laser Melting
