Luft- und Raumfahrt setzt auf additive Fertigung
Die EU initiierte ein ehrgeiziges Forschungs- und Entwicklungsprogramm für nachhaltige und umweltfreundliche Motoren (Sustainable and Green Engines, SAGE) in der künftigen Luftfahrt. SAGE 4 ist dabei einer von fünf Demonstrationsmotoren, die mit einem hochmodernen Getriebefan arbeiten. Mit SAGE 4 kann die Reife neuer Technologien für Leichtbaukonstruktionen und Materialien demonstriert werden. Das EU-finanzierte Projekt AEROSIM (Development of a selective laser melting (SLM) simulation tool for aero engine applications) entwickelte daher Werkzeuge zur Simulation additiver Fertigungsprozesse. Die AEROSIM-Software basiert auf einem integrierten Finite-Elemente-Modell, das Abstraktion und Prozessoptimierung auf unterschiedlichen Ebenen ermöglicht. Mit der anwenderfreundlichen Benutzeroberfläche lassen sich Ergebnisse ohne besondere Programmierkenntnisse darstellen. Die Forscher erfassten genaue Daten zu thermomechanischen Parametern, um realistische Karten zum Verhalten der Nickellegierung Inconel718 und der Titanlegierung Ti6Al4V während der Fertigung zu erstellen. Mit neuen Vernetzungsalgorithmen (Meshing) konnten Probleme bei der Darstellung von filigranen Mesh-Strukturen oder Freiformflächen ausgeräumt werden. Derzeit ist die Rechenleistung, die zur Erstellung von Modellen aller Schmelzspuren erforderlich ist, noch bei weitem zu hoch. Um Lösungen hierfür zu finden, entwickelte das AEROSIM-Team neue Methoden zur Berechnung der Wärmeerzeugung bei Schmelzspuren. Mit detaillierten Simulationen einer einzelnen Schmelzspur kann der effektive Energieeintrag pro Längeneinheit berechnet werden. Die Software-Tools von AEROSIM liefern realistische Darstellungen von Temperaturfeldern und Gesamtenergiebilanz, was die Ressourceneffizienz deutlich erhöhen und die Entwicklungskosten des SAGE 4-Demonstrators verringern dürfte, sodass von der Implementierung der SLM vor allem die Luft- und Raumfahrtindustrie profitieren wird.
Schlüsselbegriffe
Luft- und Raumfahrt, Additive Fertigung, Simulationssoftware, SAGE 4, AEROSIM
