Fortschritte bei Flugzeugbauteilen der nächsten Generation
Da der Sektor des Flugzeugbaus weiter expandiert, um die weltweite Nachfrage zu befriedigen, sind die Unternehmen in zunehmendem Maße darauf bedacht, Kosteneffizienz zu erzielen und gleichzeitig die Sicherheit zu gewährleisten. In der Folge kommen aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Festigkeit und Haltbarkeit immer häufiger fortgeschrittene Verbundwerkstoffe wie zum Beispiel thermoplastische Polymere zum Einsatz. Mit der Verwendung neuartiger fortgeschrittener Werkstoffe wurde jedoch die Konstruktion und Fertigung bestimmter Luftfahrzeugstrukturen und Flugzeugbauteile schwieriger. Das Team des EU-finanzierten Projekts DOMMINIO arbeitete daran, dieses Problem mit neuen Verfahren zur Fertigung hochwertiger multifunktionaler und intelligenter Flugzeugzellenbauteile zu lösen. Intelligente, aus neuartigen Verbundwerkstoffen gefertigte Flugzeugteile liefern Daten über den Zustand der Strukturen, anhand derer gezielte Instandhaltungs- und Reparaturmaßnahmen vorgenommen werden können.
Robotiktechnologien, fortgeschrittene Simulationswerkzeuge
Das DOMMINIO-Team plant, seine Ziele mithilfe einer Kombination aus robotikgestützter additiver Fertigung, fortgeschrittenen Simulationswerkzeugen, Online-Qualitätsüberwachung und datengesteuerter Echtzeit-Fehlererkennung zu erreichen. Auch Entwicklungen auf dem Gebiet der fortgeschrittenen Thermoplaste und neue Lasererwärmungstechnologien wurden angewandt. „Das Projekt vereinte dreizehn Partner aus acht Ländern, welche die innerhalb des Projekts zu entwickelnden Verfahren, Materiallösungen und Technologien abdeckten“, sagt DOMMINIO-Projektmitglied Pablo Romero-Rodriguez von AIMEN in Spanien. „Wir bezogen auch Partner aus Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen ein, um die Umsetzbarkeit unserer Ergebnisse zu gewährleisten.“ Die Agentur der Europäischen Union für Flugsicherheit (EASA) war als Drittpartei an dem Projekt beteiligt, um die Einhaltung der einschlägigen Verordnungen sicherzustellen. „Der Einsatz der additiven Fertigung und neuer Werkstoffe in Luft- und Raumfahrtanwendungen stellt eine große Herausforderung dar“, erklärt Romero-Rodriguez. „Unsere Absicht war, dass dieses Projekt als Sprungbrett agiert, um diese Technologien zu konsolidieren und sie auf den Markt zu bringen.“
Innovationen in intelligenter Fertigung von Flugzeugzellenbauteilen
Dieser kooperative Ansatz mündete in neuen Innovationen in der intelligenten Fertigung von Flugzeugzellenbauteilen. Dazu zählen Verfahren zur Entwicklung von kohlenstofffaserverstärkten Endlosfilamenten und Bändern aus Hochleistungsverbundwerkstoffen. Es wurden weitere innovative Verarbeitungsverfahren erarbeitet, um Fasern mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und piezoresistiven Eigenschaften herzustellen. Diese können bei der Flugzeugkonstruktion genutzt werden, um funktionale Merkmale wie Sensorik und Enteisung einzuführen. Das Projektteam entwickelte außerdem ein online steuerbares, durch Laserabtastung unterstütztes Heizsystem, welches das erforderliche Oberflächentemperaturprofil des Bauteils gewährleistet. Ein fortgeschrittenes berührungsloses Ultraschallverfahren zur Qualitätsüberwachung sowie Instrumente zur vorausschauenden und vorbeugenden Instandhaltung wurden gleichermaßen entwickelt.
Maßgeschneiderte Produkte mit eingebetteten Funktionalitäten
Diese Produktionsinnovationen wurden in der Folge mit additiver Fertigung und neuen Werkstoffen kombiniert sowie bei der Herstellung von Prototypbauteilen erprobt. Eine wichtige Erkenntnis lautete, dass die additive Fertigung von Hochleistungsverbundwerkstoffen durch Lasereinsatz optimierbar ist. Das Team von DOMMINIO demonstrierte, wie dadurch die Schichthaftung und die mechanischen Eigenschaften verbessert werden können. Das Projektteam wies außerdem nach, wie mit den Verbundwerkstoffen der nächsten Generation Design und Leistung optimiert werden können. „Wir haben vorgeführt, wie wichtig es ist, die Wertschöpfungskette für Verbundwerkstoffe zu digitalisieren, um Effizienz zu gewährleisten“, fügt Romero-Rodriguez hinzu. „Dieser Sektor weist einen niedrigen Digitalisierungsgrad auf. Mit der Arbeit von DOMMINIO wurde ein Beitrag dazu geleistet, da wertvolle Daten über ihren Nutzen vorgelegt wurden.“ In Partnerschaft mit der EASA werden die Projektergebnisse ebenfalls dazu beitragen, neue, auf innovative Fertigungsbauformen, Verfahren und Werkstoffe anwendbare Normen zu definieren. Diese Diskussionen werden innerhalb des Netzwerks des Projekts und mit internationalen Gremien fortgesetzt. „Wir konnten ein neues, bahnbrechendes Verfahren zur Fertigung hochgradig maßgeschneiderter Produkte mit eingebetteten Funktionalitäten demonstrieren“, berichtet Romero-Rodriguez. „Wir hoffen, auf diese Weise den Weg zur ressourceneffizienten Fertigung von Verbundwerkstoffkomponenten der nächsten Generation mit neuen Funktionalitäten zu bereiten.“
Schlüsselbegriffe
DOMMINIO, Flugzeug, Flugzeugzelle, Luft- und Raumfahrt, Thermoplast, Polymere, Robotik
