MTU - Die EOS 3D-Drucktechnologie ermöglicht die kostengünstige

Herausforderung

Optimierte Nutzung der vorhandenen EOS-Maschinen für den Bau von sicheren und kostengünstigen Serienbauteilen

Der Luft- und Raumfahrtsektor ist einer der innovativsten der Welt. Airbus meldete allein für die Konstruktion des A380 über 380 Patente an. Neue serientaugliche Werkstoffe und Technologien spielen in dieser Branche eine wichtige Rolle, unter anderem aus Kosten-, Gewichts- und Funktionsgründen. Aus diesem Grund testen sowohl Hersteller als auch Zulieferer die Leistungsfähigkeit von Additive-Manufacturing-Verfahren, bei denen Bauteile durch schichtweises Aushärten eines Pulvers mit einem Laser hergestellt werden. 

Ursprünglich wurde dieses Verfahren bei der Herstellung von Prototypen eingesetzt, da es die schnelle Fertigung von Einzelteilen ermöglicht. Aufgrund seiner vielen Vorteile hat sich das Verfahren aber inzwischen auch in der Serienfertigung durchgesetzt.

Zu den Vorteilen dieses Verfahrens gehören eine größere Designfreiheit sowie eine breite Palette an verwendbaren Rohstoffen, von extrem leichten, feuerfesten/flammhemmenden Kunststoffen bis hin zu einer Vielzahl von Metallen. Sobald sich ein Flugzeug in die Lüfte erhebt, werden Kosten- und Sicherheitsdruck zu wichtigen Triebkräften. Daher ist es wichtig, bei der Einführung neuer Technologien den richtigen Mittelweg zu finden. Die MTU Aero Engines, Deutschlands führender Triebwerkshersteller, hat einen strategischen, schrittweisen Ansatz für den Einsatz der additiven Fertigung gewählt.

Derzeit setzt das Unternehmen sieben EOS-Maschinen ein. "Vor rund zehn Jahren haben wir mit der Herstellung von Werkzeugen und Entwicklungskomponenten begonnen", sagt Dr. Karl-Heinz Dusel, Leiter Rapid Technologies bei MTU. "Um die Auslastung zu optimieren und unseren Stufenplan umzusetzen, haben wir uns auf die Suche nach weiteren Einsatzgebieten der Technologie gemacht." Die Herausforderung bestand vor allem aus Kosten- und Sicherheitsüberlegungen einerseits und dem Streben nach strategischer Innovation andererseits.

Lösung

Additive Fertigung von Bohrungsmuffen für den Getriebeturbolüfter der neuen Triebwerksgeneration PurePower® PW1100G-JM für den Airbus A320neo.

Die Endstücke von Borescope werden bei der neuesten Motorengeneration - dem Geared Turbo Fan (GTF) - eingesetzt und auf EOS-Maschinen hergestellt. "Zu Beginn der zweiten Phase haben wir mit der Produktion von Rohteilen begonnen, die bestehende Teile ersetzen. In diese Kategorie fielen die Bohrungsmuffen für die Niederdruckturbinen der A320neo-GTFs", erklärt Karl-Heinz Dusel. Mit diesen kleinen Anbauteilen können Techniker den Zustand der Turbinenschaufeln im Inneren des Triebwerks mit Endoskopen überprüfen. Die Teile werden an das Turbinengehäuse genietet, um eine Öffnung für das Endoskop zu schaffen, das in der Luft- und Raumfahrtbranche als Boreskop bezeichnet wird. Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit sind die wichtigsten Eigenschaften der verwendeten Nickelbasislegierung. Dieser hochwertige Werkstoff erzielt die besten Ergebnisse, die das Bauteil verlangt, ist aber schwierig zu bearbeiten. Zum Glück lässt sich ein solches Problem mit Additive Manufacturing leicht lösen. Da die MTU auch ein Rohstoffproduzent ist, konnte das Unternehmen eine neue Prozesskette entwickeln, die genehmigt und in das Fertigungssystem integriert wurde. Der gesamte Fertigungsprozess wird durch ein eigens von MTU entwickeltes Steuerungssystem unterstützt. Die Online-Überwachung erfasst jeden einzelnen Produktionsschritt und jede Schicht. Darüber hinaus wurden neue Qualitätssicherungsverfahren wie die optische Tomographie eingeführt. Das Luftfahrtbundesamt hat die EOS-Maschinen sogar zertifiziert. Wurden die Endrohrstutzen in der Vergangenheit gegossen oder aus dem Vollen gefräst, sind die Niederdruckturbinen für den Geared Turbo Fan des A320neo die ersten Turbinen, die serienmäßig mit Endrohrstutzen aus Additivem Manufacturing ausgestattet sind. Ausschlaggebend waren vor allem die Kostenvorteile der EOS-Technologie, sowohl in der Produktion selbst als auch in der Entwicklung.

Ergebnis

Der strategische Ansatz hat sich für MTU ausgezahlt, ebenso wie die enge und positive Zusammenarbeit mit EOS. Die Vorbereitungen für die Serienfertigung der Endoskopbuchsen haben begonnen. Vorgesehen sind 16 Teile pro Auftrag, insgesamt bis zu 2.000 Stück pro Jahr. Die prozentualen Einsparungen im Vergleich zu den bisher etablierten Prozessen sollen im zweistelligen Bereich liegen und die Qualität ist bereits auf hohem Niveau. MTU und EOS arbeiten gemeinsam an der weiteren Optimierung der Nachbearbeitung des Bauteils, insbesondere der glatten Oberflächen, mit dem Ziel, die Strukturmechanik zu perfektionieren.

Viel Potenzial sieht die MTU bei der Herstellung weiterer Serienbauteile für den Triebwerksbau, etwa bei Lagergehäusen oder den Schaufeln für Turbinen - beides muss höchsten Ansprüchen an Sicherheit und Zuverlässigkeit genügen. Das Ziel der MTU: Innerhalb von 15 Jahren soll ein signifikanter Anteil der Bauteile im industriellen 3D-Druck gefertigt werden. Damit trägt die EOS-Technologie zur Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens bei, das in einer der anspruchsvollsten Branchen der Welt tätig ist.