Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrt ist die Reduzierung von Gewicht und Energieverbrauch ein Kernthema. Insbesondere der Turbinenbau bietet viele Ansätze für technische Optimierung und Kostenersparnis. Neuartiges Turbinendesign, leichtere Turbinenschaufeln, optimierte Kühlung und günstige Reparaturverfahren sind nur einige Beispiele.

In diesem Umfeld erweisen sich die additiven Fertigungsverfahren als vielversprechende Technologien. Führende Turbinenhersteller bilden FuE-Partnerschaften mit dem Fraunhofer ILT – teilweise auch durch Niederlassungen auf dem Forschungscampus Digital Photonic Production in Aachen in unmittelbarer Nachbarschaft zum Institut. Im International Center for Turbomachinery Manufacturing ICTM kooperieren Turbinenhersteller aus dem Flugzeugbau und dem Energiebereich mit den in Aachen ansässigen Fraunhofer-Instituten ILT und IPT.

Neben den Produktionsfragestellungen spielen additive Fertigungsverfahren auch in Wartung, Reparatur und Instandsetzung eine zentrale Rolle. Die Kooperationspartner treiben nicht nur die FuE-Aktivitäten voran, sondern kümmern sich auch aktiv um die technologischen Voraussetzungen zur Zertifizierung neuer Verfahren.

Im Bereich satellitengestützer Messsysteme für die Umweltanalytik werden verstärkt leistungsstarke, schmalbandige Lasersysteme benötigt, mit denen Konzentrationen von Gasbestandteilen der Atmosphäre mit hoher Genauigkeit detektiert werden können. Das Fraunhofer ILT hat hierfür eine eigene Technologieplattform für satellitengestützte Lasersysteme entwickelt. Die Zusammenarbeit erfolgt mit Partnern wie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, der Airbus Group, der TESAT Spacecom oder der European Space Agency ESA.

Laserauftragschweißen für Leichtbauanwendungen

Experten des Fraunhofer ILT bieten mit der Technologieplattform »Laser-based Manufacturing« KMU einen zentralen Zugang zu zahlreichen europäischen Fachkollegen mit jahrelanger Erfahrung. Im Bild: Laserauftragschweißen.
© Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert.
LMD kann flexibel als Reparatur- und Beschichtungsverfahren sowie zur gezielten Individualisierung und Funktionalisierung von Bauteilen eingesetzt werden.

Die Additive Fertigung gilt als Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Leichtbaukomponenten und -strukturen. Unter den additiven Verfahren hebt sich das Laserauftragschweißen (Laser Material Deposition, LMD) aufgrund seiner vielseitigen Anwendbarkeit auf Freiformoberflächen ab. Somit kann LMD flexibel als Reparatur- und Beschichtungsverfahren sowie zur gezielten Individualisierung und Funktionalisierung vorgefertigter Basisbauteile (hybrid Additive Fertigung) angewendet werden.

Die Verarbeitung von Aluminiumlegierungen mit laserbasierten Verfahren ist insbesondere aufgrund des geringen Absorptionsgrads und der hohen Wärmeleitfähigkeit herausfordernd. Damit kommt der werkstoffspezifischen Anpassung der LMD-Prozessführung eine entscheidende Rolle zu, um Leichtbauanwendungen mit Aluminiumwerkstoffen zu Erschließen.

Aluminiumlegierungen mit den Hauptlegierungselementen Silizium, Magnesium und Zink werden zur Herstellung von Strukturelementen wie Spuren, Schichtungen und Volumenkörper mittels pulverbasiertem LMD verarbeitet. Dabei untersuchen die Wissenschaftler des Fraunhofer ILT Prozessregime, die sich hinsichtlich der wesentlichen Verfahrensparameter, wie z. B. Vorschubgeschwindigkeit und Auftragrate, über Größenordnungen erstrecken. Mit der grundlegenden Weiterentwicklung der Prozessführung können mittlerweile neuartige Leichtbauanwendungen mit Aluminium, z. B. aus den Bereichen Luftfahrt, Automotive und Maschinenbau, umgesetzt werden.

Robuste Lasertechnik für Umwelt-Satelliten

Das LIDAR-System für die MERLIN-Mission enthält alle Komponenten vom Pumplaser bis zur Frequenzkonversion in einem besonders kompakten und weltraumtauglichen Aufbau.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Das LIDAR-System für die MERLIN-Mission enthält alle Komponenten vom Pumplaser bis zur Frequenzkonversion in einem besonders kompakten und weltraumtauglichen Aufbau.

Das Fraunhofer ILT entwickelt und baut für die deutschfranzösische Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission) die Laser Optical Bench, das Kernelement der Laserstrahlquelle. Diese bildet zusammen mit dem von Airbus entwickelten Druckgehäuse sowie den Kühl-, Versorgungs- und Steuereinheiten den Lasertransmitter. Ziel der Mission ist die satellitengestützte Messung des Treibhausgases Methan in der Erdatmosphäre. Dabei geben die von der Erdoberfläche zurückgestreuten Laserpulse Aufschluss über den Methangehalt der darüber liegenden Atmosphärensäule.

Das komplexe und kompakte Lasersystem muss unempfindlich gegen starke Vibrations- und Temperaturwechsellasten sein. Um eine mehr als dreijährige Lebensdauer in einem geschlossenen Gehäuse sicherzustellen, ist es zur Vermeidung von Kontamination zudem erforderlich, auf ausgasende Materialien zu verzichten.

Das Design umfasst neben den optischen Elementen eine passive Kühlstruktur sowie Anordnungen zur Signal-, Hochstrom und Hochspannungsübertragung für den Betrieb des Lasers. Sowohl zur elektrischen Kontaktierung als auch zur Befestigung der Optiken kommen Lötverfahren zum Einsatz, die robuste, ultrapräzise und kontaminationsfreie Verbindungen für eine lange Lebensdauer gewährleisten. Die Nachweise zur Widerstandsfähigkeit gegenüber den Umweltlasten und zur Performance konnten erbracht werden. Mit dem erfolgreichen Abschluss des Critikal Design Review erfolgte die Bestätigung und Freigabe des Designs durch den Auftraggeber Airbus Defence and Space GmbH und das DLR Raumfahrtmanagement.

Die Arbeiten werden vom BMWi unter dem Kennzeichen 50EP1601 gefördert und erfolgen im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements im Unterauftrag von Airbus Defence and Space GmbH.

Projekte mit Beteilung des Fraunhofer ILT

Strategische
Fraunhofer Projekte

Eine Auswahl von strategischen Projekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT finden Sie auf unserer Cluster-Webseite.

Laufende
Verbundprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl von aktuellen Verbundprojekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT.

Abgeschlossene
Verbundprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl von abgeschlossenen Verbundprojekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT.

Jahresberichte

In unseren aktuellen Jahresberichtsbeiträgen finden Sie weitere Projektergebnisse.

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dr. Achim Lenenbach (komissarisch)

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-124
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Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
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Prof. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
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Jasmin Saewe M.Sc.

»Laser Powder Bed Fusion« 

 

Telefon +49 241 8906-135
-> E-Mail senden

 

Dr. Thomas Schopphoven

»Laserauftrag­schweißen« 

 

Telefon +49 241 8906-8107
-> E-Mail senden

 

Dr. Jochen Stollenwerk (kommissarisch)

»Funktionale Schichten und Oberflächen« 

 

Telefon +49 241 8906-411
-> E-Mail senden