Unter den verschiedenen Anwendungsfällen der Metall-3D-Drucktechnologie im Flugzeugbau für die Zivilluftfahrt ist die Herstellung von Komponenten der wichtigste. Boom Supersonic stellte beispielsweise Ende 2020 das Überschall-Passagierflugzeug XB-1 vor, das ähnliche Geschwindigkeiten wie das Concorde-Flugzeug erreichen kann. Die große Nutzung von 3D-gedruckten Komponenten in diesem Flugzeug ist einer der Hauptfaktoren, die in der Branche große Aufmerksamkeit erregen. Die komplette Maschine läuft mit 21 3D-gedruckten Titanlegierungskomponenten, die alle mit Velo3D-Saphirmetalldruckern hergestellt und in Motoren und Umweltkontrollsystemen eingesetzt werden. Dieses Programm erhöht nicht nur die Leistung des Flugzeugs, sondern verkürzt auch den Herstellungszyklus drastisch und senkt die Kosten.
In einem anderen Fall arbeitet Airbus seit 2013 mit Stratasys zusammen, um in großem Umfang Polymermaterialien für den Bau von Komponenten des A350XWB-Flugzeugs zu verwenden und so eine Einzelmontage von über 500 Teilen zu erreichen. Zu den verschiedenen Bordsystemen, die diese Teile umfassen, gehören Kanäle, Kabelklemmen, Gehäuse und andere Konstruktionen. Darüber hinaus ersetzt Qatar Airways den Kabinentürvorhang durch FDM-Technologie und ULTRAM 9085-Material für die A350XWB, die derzeit mit 1140720240 über die größte 3D-gedruckte Flugzeugkomponente verfügt. Während die Metall-3D-Drucktechnologie in Airbus-Flugzeugen weit verbreitet ist, handelt es sich hier um einen Anwendungsfall für Polymermaterialien. Die Liebherr-Gruppe produzierte beispielsweise 3D-gedruckte Fahrwerkshalterungen aus Titanlegierung für den A350 XWB und integrierte Hydraulikleitungen aus Titanlegierung für den Airbus A380 mithilfe der SLM-Technologie.
Auch im Motorenbau leistet die Metall-3D-Drucktechnologie gute Dienste. Als Rolls-Royce-Tochtergesellschaft aus Spanien hat ITP Aero mithilfe von 3D-Drucktechnologien einen neuen UltraFan hergestellt. Das Hecklagergehäuse (TBH) des Triebwerks ist eine seiner Hauptkonstruktionen. Durch diesen Teil werden das Flugzeug und der Motor verbunden. Laut ITP Aero können mit dem 3D-Druck Teile mit komplizierten geometrischen Formen hergestellt werden, indem nur eine kleine Menge Pulver verwendet und 25 % der Materialien eingespart werden. Diese Fertigungstechnik senkt nicht nur den CO2-Ausstoß im gesamten Produktionsprozess, sondern verbessert auch die Leistung und Zuverlässigkeit der Komponenten und kommt so der Umwelt zugute.
Mithilfe der additiven Fertigungstechnologie hat das schwedische Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsunternehmen Saab mit der Produktion von Innenteilen für seine Kampfflugzeuge begonnen. Das Unternehmen führte seinen ersten Testflug einer 3D-gedruckten Komponente durch – einer Nylonluke, die für den Einsatz im Freien konzipiert ist. Saab untersucht auch den Einsatz der Metall-3D-Drucktechnologie im Flugzeugbau, insbesondere auf der Suche nach haltbareren Materialien und der Entwicklung eines mobilen 3D-Drucksystems, um es auf verschiedene Stützpunkte zu bringen, auch wenn es sich dabei um eine Anwendung von Nylonmaterial handelt.
Mit den Maßen 455 x 295 x 805 mm hat die Safran Group in Zusammenarbeit mit SLM Solutions eine vordere Fahrwerkskomponente für ein Geschäftsflugzeug entwickelt. Es ist weltweit das erste Unternehmen, das so große Flugzeugkomponenten mithilfe der SLM-Technologie in 3D druckt. Ziel dieser Forschung ist es zu zeigen, dass mit der SLM-3D-Drucktechnologie bedeutsame Komponenten machbar hergestellt werden können. Normalerweise werden traditionelle Fahrwerkskomponenten aus drei Schmiedeteilen und einer Fünf-Achsen-Bearbeitung zusammengebaut. Die Komponenten müssen neu aufgebaut werden, um Schicht für Schicht den Prozesseigenschaften der 3D-Druck-Produktion zu entsprechen. Dies spart nicht nur Zeit im gesamten Herstellungsprozess, sondern integriert letztendlich auch die drei Originalteile in eins und senkt so das Gewicht um etwa 15 %.
28 3D-gedruckte Titanlegierungsteile, die jeweils am Flugsteig, am Servicetor, an den vorderen und hinteren Frachttüren des vorderen und mittleren hinteren Rumpfs angebracht sind, umfassen auch den Erstflug des inländischen Großflugzeugs C919. Die Herstellung dieser Komponenten steigert nicht nur die Leistung des Flugzeugs, sondern senkt auch die Herstellungszeit und -kosten erheblich.
Der Einsatz der Metall-3D-Drucktechnologie beim Bau von Zivilflugzeugen hat verschiedene Vorteile gebracht. Erstens können komplizierte Strukturbauteile schnell hergestellt werden, wodurch die Produktionseffektivität erhöht wird. Die konventionelle Bauteilfertigung verbraucht viele Materialien und erfordert eine aufwändige Verarbeitung. Präzise Metallpulver können mithilfe der 3D-Drucktechnologie zu Schichten aufgesprüht und geschmolzen werden, wodurch Schicht für Schicht komplizierte Komponentenarchitekturen aufgebaut werden und so Materialverschwendung und Energieverbrauch gesenkt werden.
Zweitens ist mit Metall-3D-Drucktechnologien ein optimales Komponentendesign erreichbar. Komplexe geometrische Formen können mithilfe der 3D-Drucktechnologie hergestellt werden, ein Prozess, der bei herkömmlichen Produktionstechniken eine Herausforderung darstellt. Um die Kraftstoffeinspritzung zu maximieren, erstellen Sie beispielsweise winzige Kanäle in der Kraftstoffdüse oder drucken komplizierte Konstruktionen in die Brennkammer, um die Verbrennungseffizienz zu erhöhen. Diese verbesserten Designs verbessern nicht nur die Leistung der Komponenten, sondern senken auch den Treibstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen von Flugzeugen.
Darüber hinaus ist mit der Metall-3D-Drucktechnologie Leichtbau möglich. Die Verbesserung der Flugzeugleistung im Flugzeugbau der Zivilluftfahrt hängt hauptsächlich von geringem Gewicht ab. Leichtbauteile mit filigranen Formen, die im 3D-Druckverfahren hergestellt werden, sparen deutlich Gewicht und garantieren dennoch Festigkeit. Dadurch erhöhen sich die Tragfähigkeit und die Flugweite des Flugzeugs sowie der Treibstoffverbrauch.
Dennoch gibt es auch gewisse Schwierigkeiten beim Einsatz der Metall-3D-Drucktechnologie bei der Produktion von Zivilflugzeugen. Erstens schränkt die etwas langsame Druckgeschwindigkeit die Anwendbarkeit einer Massenproduktion ein. Obwohl die Druckgeschwindigkeit im Zuge der ständigen Weiterentwicklung der Technologie immer besser wird, sind noch weitere Optimierungen und Verbesserungen erforderlich. Zweitens ist auch die Einschränkung der Materialauswahl ein entscheidendes Problem. Obwohl Metallmaterialien wie Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen derzeit in großem Umfang im 3D-Druck verwendet werden, werden immer noch mehr neue Materialien mit hoher Festigkeit, großer Korrosionsbeständigkeit und hoher Hitzebeständigkeit benötigt, um die besonderen Anforderungen des Flugzeugbaus für die Zivilluftfahrt zu erfüllen.
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