Additive Fertigung für die Luft- und Raumfahrt
Das am Fraunhofer ILT entwickelte LPBF-Basispatent für den metallischen 3D-Druck bildet die Grundlage für den heutigen Prototypenbau und die Produktion funktionsoptimierter Bauteile in Luft- und Raumfahrt. Damit lassen sich Entwicklungszyklen drastisch verkürzen: Der Weg vom CAD-Modell zum Prototyp benötigt nur noch wenige Tage, was früher mehrere Monate dauerte – bei gleichzeitiger Kostenreduzierung. Die Konstrukteure haben mehr Designfreiheit und können unterschiedliche Varianten parallel testen.
»Überall dort, wo maßgeschneiderte, hochkomplexe Bauteile benötigt werden, kann die Additive Fertigung ihre Vorteile in puncto Flexibilität voll ausschöpfen«, erklärt Dr. Tim Lantzsch, Abteilungsleiter Laser Powder Bed Fusion am Fraunhofer ILT. »In der Luft- und Raumfahrt bietet die Additive Fertigung enorme Möglichkeiten, Bauteile zu optimieren und gleichzeitig Gewicht und Materialeinsatz zu reduzieren.«
Ein gutes Beispiel für die Anwendung der Additiven Fertigung (AM) am Fraunhofer ILT ist die Entwicklung von LPBF für Kupfermaterialien. Kupfer ist aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ideal für Bauteile, die extremen thermischen Belastungen standhalten müssen, wie beispielsweise Brennkammern in Raketentriebwerken.
Das LPBF-Team am Fraunhofer ILT hat die Prozessgrenzen für Kupferlegierungen erweitert, indem es gezielt grüne Laserstrahlung zur Verarbeitung von GRCop42 (CuCrNb) einsetzt. Dies ermöglicht die Herstellung von hochdichten, dünnwandigen Strukturen mit optimiertem Wärmemanagement – ein entscheidender Vorteil für Anwendungen in der Raumfahrt, die von langlebigeren Bauteilen mit höherer Effizienz und reduzierten Fertigungskosten profitieren.
LMD ist ein weiteres etabliertes AM-Verfahren, um Bauteile mit hoher Präzision und optimalen Materialeigenschaften zu fertigen. Im Projekt ENLIGHTEN (European iNitiative for Low cost, Innovative & Green High Thrust ENgine) ermöglicht es die hochproduktive Herstellung von Komponenten mit optimierter Topologie, reduziertem Gewicht und höchster Belastbarkeit. »Das Besondere ist, dass wir durch die vielfältigen Möglichkeiten der LMD-Technologie die Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung neuartiger Generationen von Raketendüsen drastisch verbessern. Das untersuchte Design verfügt abgesehen von seinem großen Bauraum über außergewöhnlich filigrane und dünnwandige Kühlkanäle, die mit konventionellen Fertigungsrouten nur unter großem Aufwand realisiert werden können«, erläutert Dr. Thomas Schopphoven, Abteilungsleiter Laserauftragschweißen am Fraunhofer ILT.
Ein weiterer Fokus liegt auf der Herstellung von Strukturbauteilen für Flugzeuge mit hoher Festigkeit und gleichzeitig reduziertem Gewicht. LPBF ermöglicht die Fertigung von Leichtbaukomponenten, die die Effizienz moderner Flugzeuge steigern. Darüber hinaus trägt AM zur effizienten Reparatur und Instandhaltung von Luft- und Raumfahrtkomponenten bei. Mit LMD können beschädigte Bauteile gezielt erneuert werden – ein wichtiger Schritt in Richtung schlanke Lieferketten, Nachhaltigkeit und Kostenreduktion.
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
