Programm mit dem Rapid Sustainment Office der Luftwaffe zielt darauf ab, die Einführung von Metallzusatztechnologien zu beschleunigen, um die Bereitschaft zu verbessern, die Aufrechterhaltung zu sichern und die Lieferkette für Ersatzteile zu entlasten
Mitte 2009 traten GE Additive und GE Aviation an die US-Luftwaffe heran, um ein Kooperationsprogramm für Metallzusätze vorzuschlagen, um ihren spezifischen Bedarf an Nachhaltigkeit, Einsatzbereitschaft und Erschwinglichkeit zu decken.
Das Rapid Sustainment Office (RSO) der US-Luftwaffe hat die Aufgabe, die Einsatzbereitschaft zu erhöhen, indem es Technologien, die für den Betrieb und die Aufrechterhaltung ihrer Flotte unerlässlich sind, rasch identifiziert, anwendet und skaliert. Und da eine beträchtliche Anzahl von Flugzeugen bald in ihr sechstes Dienstjahrzehnt eintritt, stellen Schwierigkeiten bei der Beschaffung und Herstellung von Ersatzteilen möglicherweise ein erhebliches Risiko dar.
Die Erfahrung von GE bei der Qualifizierung und Zertifizierung additiv hergestellter Metallkomponenten, die den strengen behördlichen Anforderungen des zivilen Luftfahrtsektors entsprechen, war für die RSO von Interesse, da die Luftwaffe weiterhin ihren eigenen Weg der Metallzusatzlufttüchtigkeit und Zertifizierung gestaltet.
"Die RSO freut sich über die Partnerschaft mit GE Additive und deren Bemühungen, additiv hergestellte Teile für die Luftwaffe zu liefern", sagte Nathan Parker, stellvertretender Programmverantwortlicher der RSO, der das Projekt mit GE beaufsichtigt und finanziert. "Ihre Erfolge werden dazu beitragen, dass unsere Systeme schnell die qualitativ hochwertigen Teile erhalten, die sie benötigen, um weiter fliegen und einsatzbereit bleiben zu können.
"Die Zusammenarbeit zwischen der US-Luftwaffe und GE ist sehr vielversprechend, was die Einführung von 3D-Druckteilen aus Metall als Option zur Lösung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen der US-Luftwaffe im Bereich der Nachhaltigkeit betrifft. Diese Fähigkeit bietet eine alternative Methode zur Beschaffung von Teilen für alte Antriebssysteme während ihres gesamten Lebenszyklus, insbesondere wenn die Zahl der Zulieferer abnimmt oder wenn seltene Nachfragen oder Aufträge mit geringen Stückzahlen für traditionelle Hersteller nicht attraktiv sind", sagte Oberst Benjamin Boehm, Direktor, AFLCMC/LP Propulsion Directorate.
Geschwindigkeit ist die Währung der Additive
Die Zusammenarbeit von GE mit dem RSO war das erste Mal, dass Teams von GE Additive und die Engineering- und Supply-Chain-Teams von GE Aviation zum Nutzen eines externen Kunden zusammengearbeitet haben.
"Die Luftwaffe wollte vom ersten Tag an schnell vorankommen und so schnell wie möglich die Fähigkeit und Kapazität für die Herstellung von Metall-Additiven gewinnen, um die Einsatzbereitschaft und Nachhaltigkeit zu verbessern", erklärt Lisa Coroa-Bockley, General Manager für fortschrittliche Materiallösungen bei GE Aviation.
"Schnelligkeit ist die Währung der Additive, und durch die Anwendung unserer Additiv-Erfahrungen mit der LEAP-Kraftstoffdüse und anderen Teilen, die für das GE9X additiviert wurden, durch die Fähigkeit, eine End-to-End-Lösung anzubieten, und durch die Anwendung der Erfahrungen aus einem robusten Zertifizierungsprozess konnten wir das Tempo für die USAF beschleunigen", fügte Coroa-Bockley hinzu.
Melanie Jonason, Chefingenieurin der Abteilung für Antriebserhaltung auf der Tinker Air Force Base (AFB) in Oklahoma, war sehr daran interessiert, dass ihre Abteilung von Anfang an Teil des Programms ist.
"Die Neuentwicklung von Altteilen und die additive Herstellung geringer Mengen von traditionell gegossenen Teilen hat ein unglaubliches Potenzial, die Unterstützungsfähigkeit der USAF zu verbessern. Es ist es wert, dass wir uns darauf konzentrieren, einen schnellen, hochgradig wiederholbaren Prozess zu entwickeln", sagte Melanie Jonason.
Jonason und ihr Team genossen bereits eine enge Zusammenarbeit mit dem Team für große militärische Triebwerke von GE Aviation und dessen Chefingenieur Dr. Matt Szolwinski. Die Ergänzung durch James Bonar und ein multidisziplinäres Team von Ingenieuren von GE Additive rundete das Team ab.
"Tinker AFB ist ein Förderer der additiven Fertigung für die Luftwaffe, und Melanie ist eine wahre Vorkämpferin in der Förderung der additiven Fertigung gewesen, so dass sie sich als Partner und Problemlöser mit ihrem Team tatkräftig eingesetzt hat, um eine Komponente und einen Prozess zu liefern", fügte Szolwinski hinzu.
Die US Air Force und GE haben sich auf ein Programm geeinigt, das auf einem "Spiralentwicklungs"-Modell basiert (basierend auf einem Konzept, das oft zur Verbesserung der Softwareentwicklung verwendet wird), das mit jeder Phase an Komplexität und Umfang zunimmt. In diesem Programm beinhaltet die Komplexität den Übergang von der einfacheren Teileidentifikation, den Fortschritt zur Konsolidierung von Teilen und Teilefamilien und schließlich die Auseinandersetzung mit komplexen Komponenten und Systemen, wie z.B. Wärmetauschern mit gemeinsamem Kern.
Erreichter Technologie-Meilenstein
Das Team leitete kürzlich die Phase 1 des Programms ein, in der es um die Identifizierung von GE Aviation-Ersatzteilen für die Triebwerke F110 und TF34 und den Nachweis ihrer Lufttüchtigkeit ging.
Szolwinski und sein Team hatten bereits aus erster Hand erfahren, wie sehr die Gussindustrie in Anspruch genommen wird, und mit "Kaltstart"-Vorlaufzeiten zwischen zwei und drei Jahren für bestimmte Teile, die nicht ungewöhnlich sind, hatten Szolwinski und sein Team bereits damit begonnen zu untersuchen, wie und wo Metallzusatzverfahren integriert werden könnten. Die Vorarbeiten für den Sumpfdeckel des General Electric F110-Motors, der sowohl in F-15- als auch in F-16-Flugzeugen verwendet wird, waren abgeschlossen, und dieses Teil wurde zum Schwerpunktteil dieser ersten Phase.
"Im Vergleich zu anderen Teilen des F110-Triebwerks hat die Ölwannenabdeckung möglicherweise eine geringere Funktionalität, ist aber unglaublich wichtig. Er muss haltbar sein, eine Dichtung bilden und für die Funktion des gesamten Triebwerks funktionieren - was natürlich bei einem einmotorigen Flugzeug wie der F-16 entscheidend ist", sagte James Bonar, Engineering Manager bei GE Additive.
Das Team von GE Additive arbeitete eng mit dem Team von GE Aviation zusammen, um auf den Sondierungsarbeiten an der Ölwannenabdeckung aufzubauen, die konventionell aus Aluminium gegossen wurde. Bonars Team stellte sicher, dass die robusten Konstruktionspraktiken während der Feinabstimmung der Parameter und des Einwahlprozesses im Additive Technology Center (ATC) von GE Aviation in Cincinnati eingehalten wurden. GE Additive Concept Laser M2-Maschinen, die im ATC mit Kobalt-Chrom betrieben werden, wurden für die ersten Konstruktionen von additiv hergestellten Sumpfabdeckungen eingesetzt.
"Ein Teil dieses Prozesses bestand darin, zu untersuchen, wie die mit Gussteilen verbundenen Risiken schnell beseitigt werden können und wie Metallzusatzstoffe diese für die Teile ersetzen könnten, die entweder nicht mehr hergestellt werden oder wo wir kleinere Produktionsserien benötigen, um unsere Plattformen fliegen zu lassen", fügte Melanie Jonason hinzu.
"Das Programm mit GE ist dem Zeitplan voraus, und die bereits geleistete Vorarbeit für die Sumpfabdeckung hat es uns ermöglicht, schnell voranzukommen. Bei der Erstellung unseres Lufttüchtigkeitsplans für Metall-Additive für die Luftwaffe stellt der Abschluss jeder Phase einen bedeutenden Meilenstein dar, da wir dem Ziel, ein Additivteil für den Flug in einem unserer Flugzeuge zu qualifizieren, einen Schritt näher kommen", sagte Beth Dittmer, Abteilungsleiterin für Antriebsintegration bei Tinker AFB.
Heute bereit, morgen schon vorwärts
Die Phase 1b ist bereits in Planung, wobei die Komplexität entsprechend dem Spiralentwicklungsmodell auf ein Ölwannengehäuse, eine Teilefamilie des seit mehr als 40 Jahren in Betrieb befindlichen Motors TF34, konzentriert werden soll.
Wenn das Programm in diese nächste Phase eintritt, befindet sich das kombinierte Team der US Air Force und GE an einem spannenden Schnittpunkt: Schnelle Problemlösung heute für die unmittelbaren Bereitschafts- und Erhaltungsbedürfnisse der US Air Force, während sich die Aufmerksamkeit auf morgen richtet, und wie der Zusatzstoff die Konstruktion, Herstellung und Zertifizierung für Dinge voranbringen und informieren wird, die wir im kommerziellen und militärischen Luftfahrtsektor noch nie zuvor gesehen haben.
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