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.

Additive Manufacturing zur Fertigung und Reparatur von Turbomaschinen

Mit dem Laserauftragschweißen lassen sich Bauteile flexibel beschichten, reparieren oder additiv fertigen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Mit dem Laserauftragschweißen lassen sich Bauteile flexibel beschichten, reparieren oder additiv fertigen.

Als flexible und präzise Werkzeuge eignen sich Laser für die Reparatur und Instandsetzung sowie für die Fertigung hochwertiger Turbomaschinen-Bauteile, beispielsweise um deren Lebensdauer signifikant zu verlängern oder Materialien vor Verschleiß und Korrosion zu schützen. Aufgrund der hohen Genauigkeit des Materialauftrags, der ausgezeichneten Steuerbarkeit des Prozesses und der geringen thermischen und mechanischen Belastung der Bauteile ist das Laserauftragschweißen im Bereich des Turbomaschinenbaus sehr vorteilhaft einsetzbar.

Das »International Center for Turbomachinery Manufacturing – ICTM« in Aachen widmet sich aktuellen Herausforderungen im Bereich des Turbomaschinenbaus und bietet seinen Kunden Forschung und Entwicklung für maßgeschneiderte industrielle Anwendungen. Die strategische Partnerschaft bündelt Know-how, ermöglicht eine exzellente vorwettbewerbliche Forschung und beschleunigt Innovationen. Im Fokus des Centers stehen kundenspezifische Lösungen, beispielsweise die Verbesserung von Zerspanprozessen beim Einsatz von Vollkeramik-Werkzeugen und die Endbearbeitung von Additive-Manufacturing-Bauteilen. Die Fraunhofer-Institute IPT und ILT sowie das Werkzeugmaschinenlabor WZL und die Lehrstühle für Lasertechnik LLT und für Digitale Additive Produktion DAP der RWTH Aachen University arbeiten im Center eng mit renommierten Industriepartnern zusammen. Zum Verbund zählen sowohl Mittelständler als auch Turbinenhersteller sowie Konzerne, wie die Lufthansa Technik AG, die MTU Aero Engines AG oder die Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG, die gemeinsam alle Bereiche der Prozesskette abdecken und für die Luft- und Raumfahrt weiterentwickeln.

FULAS: Technologieplattform für weltraumtaugliche Laser

FULAS – Future Laser Technologie-Demonstrator, Innenansicht.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

FULAS – Future Laser Technologie-Demonstrator, Innenansicht.

Mit dem »Future Laser System« (FULAS) entwickelten die Wissenschaftler des Fraunhofer ILT eine Technologieplattform zur Auslegung und zum Aufbau von individuellen Lasersystemen, die sich insbesondere für Projekte im Bereich der Luft- und Raumfahrt anpassen lassen. Durch laserbasierte Prozesse, wie etwa spezielle Lötverfahren, werden Komponenten raumfahrttauglich gemacht. Eine entsprechende selbstentwickelte Aufbautechnologie erlaubt anschließend die präzise und sichere Montage der Komponenten. Alle wesentlichen Justierschritte werden mit manuell geführten Robotern im effizienten Pick&Align-Verfahren durchgeführt. Die extremen Anforderungen für Einsätze im Orbit – wie hohe Vibrations-, Temperaturbeständigkeiten und Verkippstabilitäten – können damit erfüllt werden.

Auf Basis der FULAS-Plattform wird am Fraunhofer ILT ein Lasersystem für die satellitengetragene Messung klimarelevanten Methans entwickelt. Im Rahmen der deutsch-französischen Klimaforschungsmission »MERLIN« soll ab 2021 ein entsprechend aufgebautes Licht-Radar-System (LIDAR) im Orbit eingesetzt werden. Die Robustheit des OPO-Aufbaus, der das Herzstück des Messsystems bilden wird, wurde bereits in Validierungstests erfolgreich nachgewiesen.

Projektergebnisse 2017 (Auswahl)

Projektergebnisse 2016 (Auswahl)

Hier finden Sie eine Auswahl laufender Verbundprojekte

»ALISE«

Diode-pumped Alexandrite Laser Instrument for Next Generation Satellite-based Earth Observation

»ComMUnion«

Net-shape joining technology to manufacture 3D multi-materials components based on metal alloys and thermoplastic composites

»EVEREST«

Entwicklung einer intelligenten Verfahrens- und Systemtechnik für das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen

»FlexHyJoin«

Flexible Production Cell for Hybrid Joining

»futureAM«

Next Generation Additive Manufacturing

»INSPIRE«

Interferometrische Abstandssensorik mit autonomen Subsystemen für Präzisions-Inline-Messungen zur Regelung automatisierter Fertigungsprozesse

»LextrA«

Laserbasierte additive Fertigung von Bauteilen für extreme Anforderungen aus innovativen intermetallischen Werkstoffen

»MERLIN«

Methane Remote Sensing LIDAR Mission

»ProLMD«

Prozess- und Systemtechnik zur Hybrid-Fertigung großer Bauteile mit dem Laser Metal Deposition (LMD) Verfahren

»TriboLas-3D«

Verfahrensentwicklung zur laserbasierten Herstellung ortsselektiver tribologischer Schichtsysteme auf 3D-Oberflächen

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
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Dr.-Ing. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
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Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum

»Generative Verfahren und funktionale Schichten« 

 

Telefon +49 241 8906-398
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Prof. Dr. rer. nat. Reinhard Noll

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-138
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