01.05.2015
Erschienen in: 01/ 2012 FLUG REVUE

Hightech in GroßserieNeue Fertigungsverfahren im Triebwerksbau

Laser, Roboter, Elektrochemie: Mit immer neuen Technologien versuchen die Triebwerksbauer, ihre Produkte noch besser und noch wirtschaftlicher zu machen.

Generatives Verfahren Laserflamme MTU Aero Engines

Beim generativen Verfahren trägt ein Laser Schicht für Schicht auf. Foto und Copyright: MTU Aero Engines  

 

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Wild zuckt der Laser hin und her, aber es handelt sich nicht um eine Lightshow in der Diskothek oder eine Szene aus einem Science-Fiction-Film. Nach ein paar Sekunden ist das Schauspiel zu Ende, kurz ist der Umriss eines technischen Bauteils zu erkennen. Rechts hebt sich ein Pulverbehälter, ein Rakel verteilt feines Metallpulver über die Arbeitsfläche, und zwar mit einer Dicke von nur 20 bis 40 µ - ein µ entspricht einem tausendstel Millimeter. Sofort beginnt die Laserflamme wieder über die 25 mal 25 Zentimeter große Bauplattform zu zucken. Sie schmilzt das Pulver in der Form des ersten Schnittes eines Bauteils auf, das zuvor am Rechner in die entsprechenden Ebenen unterteilt wurde. Das Ganze findet in einer Argon-Schutzgasatmosphäre statt, um Oxidation weitgehend zu vermeiden. So entsteht dann in diesem Pulverbett Stück für Stück ein ganzes Bauteil, das anschließend nur noch per Drahterosion von der Platte geschnitten und derzeit noch wie ein Gussteil oberflächenveredelt werden muss. Aber selbst dieser Arbeitsschritt könnte in Zukunft entfallen. Die rund eine halbe Million Euro teure Anlage stammt von der nur wenige Kilometer von München entfernten Firma Electro Optical Systems.

Der neueste Stolz von MTU Aero Engines nennt sich „generatives Verfahren“ und könnte in den nächsten Jahren den Triebwerkskonstrukteuren zu ungeahnten Möglichkeiten verhelfen. „Wir bauen seit Jahrzehnten nicht anders, nur mit Guss, nur mit Vollmaterial, aus dem herausgefräst wird. Jetzt fangen wir wirklich an, ein Bauteil geometrienah aufzubauen, in das schon vieles integriert ist“, sagt Dr.-Ing. Andreas Jakimov, bei der MTU unter anderem verantwortlich für die Verfahrensentwicklung. Ein großer Vorteil liegt dabei in der Reduzierung des Gewichts, denn bisher ausgefüllte Strukturen könnten nun hohl und mit inneren Gitterstrukturen ausgelegt werden, und das bei nahezu identischen Festigkeiten. „Nach unseren Rechnungen kommen wir auf Werte von 90 Prozent der Festigkeit eines Vollmaterials bei ungefähr 40 Prozent Gewichtserleichterung.“ Außerdem lassen sich Designänderungen relativ schnell durchführen und die Entwicklungszeit deutlich verkürzen. „Beim Guss dauert es bis zu einem halben Jahr, bis man das Bauteil testen kann. Hier kann der Konstrukteur im CAD etwas verändern, und zwei Wochen später hat er das Teil auf dem Tisch.“

Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr breit: Etwa können Turbinenleitschaufeln samt ihren Honigwabendichtungen mit nur millimetergroßen Öffnungen direkt aus einem Stück aufgebaut werden. Selbst ein aus einem Stück bestehendes Kugelgelenk ist schon entstanden, indem die Ingenieure einfach zwischen zwei Segmenten ein paar µm Platz ließen. Das Verfahren eignet sich aber heute prinzipiell nur für alle schweißbaren Materialien. Einige Gussteile lassen sich nicht derart aufbauen, weil der hohe Temperaturgradient - die Umgebung in der Maschine hat nahezu Raumtemperatur, der Schweißpunkt ist aber mit mehr als 2000 Grad sehr heiß – bei bestimmten Materialien zu Rissen führen kann. Eine weitere Herausforderung stellen die benötigten Stückzahlen dar, denn zur Erhöhung der Produktivität müssen die Maschinen schneller arbeiten. Derzeit dauert die Fertigstellung eines Teils 24 bis 48 Stunden, bei größeren Komponenten (derzeit ist eine Höhe bis 25 cm möglich) bis zu einer Woche. Dies könnten beispielsweise zusätzliche Laser beschleunigen. Außerdem müssen die Konstrukteure genau überlegen, wie sie das Teil ausrichten und platzieren, da keine Überhänge möglich sind und sie daher Stützstrukturen anbauen müssen, um sie später wieder wegzuschneiden.


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flugrevue.de/Patrick Hoeveler


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