General Atomics Aeronautical Systems, Inc (GA-ASI) markiert einen wichtigen technologischen Meilenstein, als sein erstes aus Metall hergestelltes additiv gefertigtes Teil bei einem Testflug des ferngesteuerten SkyGuardian-Flugzeugs (RPA) in die Luft geht.
GE Additive AddWorks™ hat die Strategie von GA-ASI für die Skalierung der Metallzusatzstofftechnologie über sein Portfolio von RPA-Plattformen hinweg unterstützt.
Vom Entwurf zum Testflug in sechs Monaten
In den letzten neun Jahren hat GA-ASI umfangreiche Erfahrungen mit Additivtechnologien auf Polymerbasis gesammelt und in den letzten Jahren Fortschritte bei der Entwicklung seiner Roadmap für Metalladditive und eines engagierten Additivherstellungsteams gemacht.
Nach der Festlegung der erforderlichen Ökosystemanforderungen für die Entwicklung seines Anwendungsbereichs für die Herstellung von Metallzusatzstoffen identifizierte das GA-ASI Additive Manufacturing (AM)-Team eine Reihe von Teilen und Anwendungsfamilien mit potenziell günstigen Geschäftsmöglichkeiten.
Im vergangenen Jahr wählte das GA-ASI AM-Kernteam GE Additive AddWorks aus, um die Beschleunigung der Entwicklung von LPBF-Additiven (Metal Laser Laser Powder Bed Fusion) im Unternehmen zu unterstützen, mit dem Ziel, das erste 3D-gedruckte Metallteil innerhalb eines aggressiven Zeitplans in die Luft zu bringen.
GA-ASI und GE Additive AddWorks begannen ihre Zusammenarbeit im April 2019, ein Engagement, das eine breite Palette von Ingenieurberatungsdiensten umfasste, wie z.B. Schulungen zum Design for Additive (DfAM), Entwicklung von Industrialisierungsprozessen und Materialvalidierung für Titan und andere Metalle, um das Teiledesign zu optimieren und die Bauteilqualifizierung zu beschleunigen.
Innerhalb von acht Monaten führte dieser intensive Zeitraum der Zusammenarbeit dazu, dass das GA-ASI-Additiv-Fertigungsteam den Meilenstein erreichte, den es sich selbst gesetzt hatte - die Durchführung des ersten Testflugs des Unternehmens mit einem 3D-gedruckten Metallteil - einem NACA-Einlass aus Titan Ti6Al4V - auf einem SkyGuardian RPA Anfang Februar 2020.
Definition des Business Case und der Teileauswahl
Mit dem Wunsch, sich einen frühen Sieg zu sichern, hatte das GA-ASI AM-Team bereits damit begonnen, eine Pipeline geeigneter Komponenten für die Metallzusatzfertigung zu identifizieren und diese an die Geschäftsfachleute der GA-ASI zurückzubinden.
Während dieses Prozesses wurde ein NACA-Einlass[1] als starker Anwärter für das erste 3D-Druckteil aus Metall für das SkyGuardian-Programm identifiziert.
Nach Bewertung des Geschäftsfalls, der Kritikalität des Teils sowie der Auswirkungen des Programms wählte GA-ASI den NACA-Einlass als erste zu qualifizierende Metallkomponente aus. Das GE Additive AddWorks-Team konnte den Industrialisierungsprozess und die Produktionsbereitschaft des NACA-Einlasses beschleunigen und unterstützen, indem es das Konstruktionspotenzial freisetzte und Fachwissen zur Verfügung stellte, um die Qualifizierungsrisiken deterministisch zu reduzieren.
"Wir wissen aus erster Hand, dass die Fähigkeit, sich die Zustimmung mehrerer funktionsübergreifender Interessenvertreter zu sichern, oft entscheidend für den Erfolg eines jeden Metallzusatzprogramms innerhalb einer Organisation ist. Durch das Hinzufügen der früheren Erfahrung und Perspektive von GE zu den internen Führungsbemühungen der GA-ASI war das gemeinsame Team in der Lage, die erforderliche Projektdynamik zu erreichen, um ihren Meilenstein zu erreichen", sagte Lauren Thompson, operative Projektmanagerin bei GE Additive AddWorks und Teil des Teams, das mit GA-ASI zusammenarbeitet.
"Die Kombination unseres tiefen Fachwissens über Metallzusatzstoffe und bewährte Verfahren aus unserer eigenen Additivreise mit dem ebenso tiefen Fachwissen von GA-ASI über ihre RPA-Anwendungen ermöglichte es uns, schnell voranzukommen und innerhalb der von uns gesetzten Zeitvorgaben zu arbeiten", fügte Thompson hinzu.
Gewichts-, Kosten- und Teilereduzierung
Nach dem erfolgreichen Testflug wird der NACA-Einlass nun in die letzte Qualifikationsphase für das SkyGuardian-Programm eintreten.
Der neu gestaltete, einteilige NACA-Einlass aus Titan Ti6Al4V bietet GA-ASI erhebliche Gewichts- und Kosteneinsparungen, insbesondere im Vergleich zu der herkömmlichen Herstellungsmethode, bei der der Einlass aus drei Teilen geschweißten, geformten Titanblechen hergestellt wird. Dies machte die Werkzeugbestückung, die Fertigungsarbeit und die Prüfung der Schweißnähte zu einer Herausforderung.
Der Einlass wird jetzt additiv aus einem einzigen Stück anstatt aus drei Teilen - auf einer Concept Laser M2-Maschine - hergestellt und bietet eine Kostenreduzierung pro Teil von mehr als 90%, eine Gewichtsreduzierung von über 30% und eine Reduzierung der Werkzeuge um etwa 85%.
Die Konsolidierung der Anzahl der Teile hat zahlreiche Vorteile, einschließlich reduzierter Beschaffungskosten. Die verringerte Montage- und Prüfzeit wiederum vereinfacht die Lieferkette und die Bestandsanforderungen von GA-ASI.
Nach dem erfolgreichen Abschluss der Arbeiten am ersten Einlass wendet das GA-ASI-Team bereits bewährte Verfahren und Kenntnisse auf seine breitere NACA-Einlassteil-Familie und mehrere andere Komponenten und Subsysteme an.
Der Weg zur Volumenproduktion
Und als Ergebnis seiner Errungenschaften und Fortschritte bis 2019 hat GA-ASI's eine Bestellung für mehrere GE Additive Concept Laser M2 Serie 5 Maschinen aufgegeben, die im Jahr 2020 in seinem neuen Additive Design & Manufacturing Center of Excellence in Poway, Kalifornien, installiert werden und die die bereits bestehenden nicht-metallischen AM-Fähigkeiten ergänzen werden. Die Strategie zur Erreichung der Produktion bestand darin, das notwendige Ökosystem von Wissen und Werkzeugen aufzubauen, um den Industrialisierungsgrad zu erreichen. Das Hinzufügen interner Druckfähigkeiten wird sowohl der Entwicklung des GA-ASI-Anwendungsbereichs dienen als auch eine reaktionsschnelle Fertigung ermöglichen.
Das Team von GE Additive AddWorks hat sich zu einem vertrauenswürdigen Berater von GA-ASI entwickelt und wird wahrscheinlich auch weiterhin Beratung und fachkundigen Rat anbieten, wenn es darum geht, Metallzusatzstoffe in seinem gesamten Unternehmen weiter zu verbreiten, indem es zusätzliche Metallzusatzkomponenten für verschiedene Programme ermöglicht.
"Mit dem Team von GE Additive AddWorks konnten wir nicht nur unser kurzfristiges Ziel der Qualifizierung des NACA-Einlasses erreichen, sondern wir arbeiteten auch gemeinsam an einer Reihe von zusätzlichen Anwendungsentwicklungs- und Qualifizierungsbemühungen, die bis ins Jahr 2020 und darüber hinaus andauern", sagte Elie Yehezkel, Senior Vice President of Advanced Manufacturing Technologies bei GA-ASI.
"Es ist wichtig, dass wir bei den Fertigungstechnologien für unsere Produkte und unsere Kunden an der Spitze bleiben. Diese Beschleunigung hat die Reifung unserer Metall-AM-Strategie vorangetrieben und uns auch darüber informiert, wie wir einen viel breiteren Anwendungsbereich angehen wollen, der sich bereits in der Pipeline befindet", fügte Elie Yehezkel hinzu.
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