Ein Meter Durchmesser, 150 Teile reduziert auf eines, 30 Prozent leichter und günstiger als ein entsprechendes Gussbauteil: Das sind die beeindruckenden Eckdaten des 3-D-gedruckten Turbinenzwischengehäuses, das im Rahmen des europäischen Forschungsprogramms Clean Sky 2 entstanden ist. Vorgestellt wurde es kürzlich von einem Konsortium unter der Führung von GE Aerospace Advanced Technology (GE AAT) in München. Partner sind die Technische Universität Hamburg, die TU Dresden und das Unternehmen Autodesk.
Das Turbinenzwischengehäuse für Narrowbody-Triebwerke wurde mithilfe des sogenannten Direct Metal Laser Melting (DMLM) aus einem Nickellegierungspulver hergestellt. Laser schmelzen dabei dünne Metallpulverschichten auf, so entsteht das Bauteil Schicht für Schicht. Bislang limitieren die meist engen Bauräume der 3-D-Drucker die Größe additiv hergestellter Teile. Das Turbinenzwischengehäuse wurde auf der A.T.L.A.S.-Anlage (Additive Technology Large Area System) von GE Additive gedruckt, die über einen 1,1 x 1,1 x 0,3 Meter großen Bauraum verfügt. Dem finalen Herstellungsprozess gingen fast sechs Jahre Forschung und Entwicklung voraus.
Leichter, schneller, günstiger
"Wir wollten das Gewicht des Teils um 25 Prozent reduzieren, aber auch die Druckverluste des Sekundärluftstroms verbessern sowie die Anzahl der Teile stark reduzieren, um die Wartung zu verbessern", so Dr. Günter Wilfert, Technologie- und Betriebsmanager bei GE AAT München. Die angepeilten Werte wurden sogar übertroffen: "Am Ende konnten wir das Gewicht um rund 30 Prozent verringern. Das Team reduzierte auch die Fertigungsvorlaufzeit von neun auf zweieinhalb Monate, um etwa 75 Prozent. Über 150 separate Teile, aus denen ein herkömmliches Turbinenzwischengehäuse besteht, wurden in einem einzigen Teil konsolidiert." Das Bauteil wurde so konstruiert, dass es den spezifischen Treibstoffverbrauch um 0,2 Prozent verringert.
Ein Turbinenzwischengehäuse dient als Kanal für das heiße Gas, das von der Hochdruckturbine in die Niederdruckturbine strömt. Herkömmlicherweise handelt es sich um Guss- und/oder Schmiedebauteile, die noch weitere Bearbeitungsschritte durchlaufen. Die Anzahl der für die Luft- und Raumfahrtindustrie zugelassenen Anbieter für solche Teile ist aufgrund der hohen Anforderungen recht klein, das führt zu langen Vorlaufzeiten und hohen Kosten.
"Die additive Fertigung bietet ein enormes Potenzial, um das Gewicht zu senken, die Funktionalität von Komponenten zu verbessern und die Anzahl der Teile in komplexen Baugruppen erheblich zu reduzieren, wodurch die Energieeffizienz von Flugzeugen direkt erhöht und die Montagekosten und -zeit reduziert werden", so Christina-Maria Margariti, Projektleiterin für wasserstoffbetriebene Flugzeuge im Clean-Sky-Nachfolgeprogramm Clean Aviation. Das Ziel des Programms ist die Einführung disruptiver Produkte bis 2035. Kürzere Markteinführungszeiten und höhere Produktionsraten seien daher entscheidend.
