3DP-MAT – 3D Printed Materials for Aerospace Toolings
In diesem Projekt entwickelt die TUM ein Verfahren für hybride Verbundwerkstoffe, das zur Herstellung von CFK-Werkzeugen für die Autoklavhärtung in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird.
Projektpartner
GKN Aerospace GmbH, Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH
Laufzeit
01.04.2021 – 31.10.2023
Fördergeber
Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
Motivation
Im Forschungsprojekt 3DP-MAT zwischen GKN, Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH und TUM wird der neu entwickelte ATLAM-Prozess (Advanced Tape Layer Additive Manufacturing) zur Herstellung kostengünstiger Composite-Werkzeuge für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Durch die Integration von Endlosfasertapes in den Druckprozess erreichen die fertigen Werkzeuge im Vergleich zu ausschließlich kurzfaserverstärkten Werkzeugen niedrigere Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Ein niedriger CTE ist entscheidend, um die in der Luft- und Raumfahrtindustrie geforderten Toleranzen einzuhalten. Hufschmied entwickelt in dem Projekt eine modulare Spannvorrichtung. Dies ermöglicht eine einfache Nachbearbeitung von Bauteilen unterschiedlicher Geometrien auf Endmaß.
Vorgehen
Bisher ist der 3D-Druck von Druckstücken nicht möglich, da die Werkstoffe der Extrusion basierten additiven Fertigung nicht die nötigen geringen Wärmedehnungen und gleichzeitig hohe Temperaturstabilität und Steifigkeit aufweisen. Andere additive Fertigungsverfahren sind entweder nicht in der Lage auf die nötigen Bauteildimensionen skaliert zu werden oder erreichen ebenfalls nicht die nötigen Eigenschaften. Um dieses Hindernis zu überwinden, soll der bisherige Kurzfaserverstärkte 3D Druck von Hochleistungsthermoplasten zusätzlich durch kontinuierliche Fasern verstärkt werden. Durch diese hybride Faserverstärkung lassen sich lokal die nötigen Materialeigenschaften für den Einsatz in anspruchsvollster Serienumgebung von Luftfahrt-Aushärtewerkzeugen für CFK-Landeklappen erreichen. Das Material ist der Schlüssel um der extrusionsbasierten additiven Fertigung das Tor zum Einsatz in der Luftfahrt Serienfertigung zu öffnen. Der Einsatz von 3D gedruckten Druckstücken für die Landeklappenfertigung wäre ein völlig neuartiger, innovativer Ansatz und würde die bisherigen Probleme nahezu vollständig beheben und die Herstellungszeiten und -kosten der Druckstücke drastisch reduzieren. Davon könnte die gesamte Landeklappenfertigung bei GKN signifikant profitieren und die Herstellung deutlich an Effizienz gewinnen.
Danksagung
Der Lehrstuhl bedankt sich für die Förderung des Projektes „3DP-MAT“, die vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gewährt wurde. (Förderkennzeichen: MW-2007-0004).
Ansprechpartner
Matthias Feuchtgruber, M.Sc.; Dr.-Ing. Swen Zaremba