Die additive Fertigung hat sich bereits in vielen Branchen als Ergänzung zu konventionellen Fertigungsmethoden etabliert. Auch in der Luft- und Raumfahrt bietet sie neue Design- und Konstruktionsfreiheiten. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Konstruktionstechnik der TU Dresden hat das Fraunhofer IFAM ein additives Verfahren und eigens dafür optimierte Geometrien entwickelt, womit sich beispielsweise das sogenannte Main Gear Bracket, eine Schlüsselkomponente im Helikoptergetriebe, nun in nur einem Schritt herstellen lässt.
Bisher wurde das hochkomplexe Bauteil aufwändig aus verschraubten Guss- beziehungsweise Frästeilen gefertigt. Mit Hilfe des Selektiven Elektronenstrahlschmelzens (Selective Electon Beam Melting = SEBM) und der verbesserten Geometrie können künftig nicht nur Fertigungsschritte eingespart werden, sondern bei gleicher Funktion und Festigkeit sind die Wissenschaftler des Fraunhofer IFAM Dresden auch in der Lage, das Bauteilgewicht um circa 40 Prozent zu verringern. Des Weiteren wird durch die innovative Fertigung wesentlich weniger Material, in diesem Fall Ti-6Al-4V, verbraucht. Somit wird eine ressourceneffiziente und endformnahe Fertigung möglich.
Das SEBM kombiniert hohe Bauraten und Dauerfestigkeiten der Bauteile, die in kurzen Prozessketten produziert werden können. Das präsentierte Main Gear Bracket ist nur ein Beispiel für die weitestgehende Designfreiheit und damit die hohe Flexibilität des Verfahrens hinsichtlich der Geometrie von Komponenten. Auch sind keine zusätzlichen Werkzeuge und Formen wie in herkömmlichen Verfahren notwendig und der Aufwand für die Nachbearbeitung ist deutlich geringer.
Die Entwicklung des Main Gear Bracket entstand im Rahmen des Luftfahrtforschungs- programms im Projekt GenFly, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Ziel des Verbundprojekts war die Erhöhung des technologischen Reifegrads der generativen Verarbeitung von Ti-6Al-4V für Luftfahrtanwendungen. Die statischen und dynamischen Festigkeiten des entwickelten Bauteils übertreffen sogar die gültigen Anforderungen der Luftfahrtindustrie.
Selektives Elektronenstrahlschmelzen eröffnet mit seiner Vielzahl an Vorteilen gegenüber herkömmlichen Verfahren große Potenziale für Anwendungen in der Luftfahrt, aber auch in der Medizintechnik, im Automobil- sowie Industrieanlagenbau.
Mittlerweile hat das Fraunhofer IFAM am Standort Dresden bereits zwei Anlagen zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen mittels Selektivem Elektronen- strahlschmelzen, darunter auch die Anlage mit dem größten derzeit verfügbaren Bau- raum für SEBM, die Q20plus des schwedischen Herstellers ARCAM. Derzeit befindet sich ein Anwendungszentrum im Bau, in dem den Kunden zukünftig mehrere Anlagen, darunter auch Spezialanlagen, zur Verfügung stehen werden.
Das Fraunhofer IFAM Dresden bietet Partnern aus Industrie und Forschung vielfältige Entwicklungsleistungen vom Pulver bis zum Bauteil, zum Beispiel in Form von Machbarkeitsstudien, der Bewertung von Pulvern für die additive Fertigung und der Qualifizierung neuer SEBM-Werkstoffe. Weiterhin ist die Bauteilentwicklung beginnend beim Pulver und weiterführend über die Konstruktion (z. B. Topologieoptimierung zur Gewichtseinsparung und/oder Bauteilintegration) bis zur Herstellung mittels SEBM und Nachbearbeitung Bestandteil des Angebots.
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Text zum Titelbild: Das optimierte Bauteil Main Gear Bracket (Demonstrator) (©Fraunhofer IFAM Dresden / TU Dresden)
