Direct Manufacturing of Structural Elements for the Next Generation Platform

Fördergeber: Initiated and funded by the European Space Agency (ESA)

Topic: Artes 5

Laufzeit: 10/2013 - 04/2015

Am C.I.K. ist u.a. aus diesem Projekt die folgende Dissertation entstanden: „Intelligente Optimierung von Produktgeometrien für die additive Fertigung“ von Thomas Reiher, 26.10.2018.

Am C.I.K. entstand u.a. aus diesem Projekt die folgende Ausgründung: AMendate.

Das Projekt NewStructure untersuchte die Auswirkungen der additiven Fertigung auf Luft- und Raumfahrtteile unter besonderer Beachtung von Telekommunikationssatelliten. Der Nutzen des Wechsels von konventionell gefertigten zu additiv gefertigten Teilen wurde untersucht und quantifiziert.

Es wurden verschiedene Typen von Applikationen begutachtet:

• Fall 1: kleine, identische Elemente, plattformübergreifend eingesetzt
• Fall 2: größere, komplexere Teile mit hohem Zerspanaufwand

Ziel war die Reduktion von Materialkosten, Gewicht und Herstellzeit im Vergleich zu den traditionellen Fertigungsmethoden. Da sich die Fertigungsmethode fundamental von den konventionellen Techniken unterscheidet, muss eine vollständige Neuentwicklung des Herstellungsprozesses und des Designs durchgeführt werden. Es wurde ein iterativer Ansatz angewendet, um systematisch Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Strukturelemente wurden identifiziert und den beiden Fällen entsprechend sortiert. Typische relevante Teile sind Teile mit einer hohen buy-to-fly ratio (Verhältnis von Rohmaterialvolumen zu Endvolumen) und Teile mit zeitaufwendigen und komplexen Fertigungsschritten. Auf Grundlage dieser Aspekte ist davon auszugehen, dass additiv gefertigte Teile aufgrund der endkonturnahen Produktion in bemerkenswerten Vorteilen resultieren.

Im Projekt NewStructure wurden Designvorschläge und Fertigungsstrategien für additiv gefertigte Teile entwickelt, wofür Anforderungen an die Teile gesammelt und beschrieben wurden. Hierbei wurden die Charakteristika von AM-Prozessen bei der Entwicklung einbezogen. Neben der Betrachtung des Designs spielt auch die Materialauswahl eine große Rolle. Hierzu wurden der Einfluss der Materialkosten im Vergleich zu Transportkosten auf der Basis von bereits durchgeführten Studien betrachtet und bewertet.

Zum Abschluss wurde eine Kostenanalyse durchgeführt, um die Vorteile der additiven Fertigung im Anwendungsfall Telekommunikationssatelliten zu quantifizieren. Zu erwartende Vorteile waren zum einen ein niedrigeres Gewicht und eine günstigere buy-to-fly ratio, und zum anderen kürzere Herstellungszeiten im Vergleich zu den traditionellen Fertigungsmethoden. Insbesondere für die häufig zeitkritisch entwickelten Primärstrukturbauteile ist hier durch eine schnellere Fertigung ein hoher Nutzen zu erwarten.

• Gewichtsreduktion: Verwendung von hochfesten Materialien, optimal lastangepasste Strukturen
• Abfallreduktion: Vermeidung hoher buy-to-fly ratios durch Verminderung des Zerspanungsaufwands
• Kostenreduktion: AM spezifisches Neudesign des Teils, Materialersparnis, Gewichtsersparnis
• Zeitreduktion: Verarbeitung von mehreren Teilen gleichzeitig, endkonturnahe Fertigung