Vom Entwurf bis zum Testflug in sechs Monaten: Nach enger Zusammenarbeit mit dem AddWorks-Team von GE Additive hat das Team von GA-ASI einen Testflug seines MQ-9B SkyGuardian durchgeführt, dem ersten ferngesteuerten Flugzeug (RPA) mit einem gedruckten Metallteil, dem NACA-Inlet.
Vom Design zum Testflug in sechs Monaten
In den vergangenen neun Jahren hat GA-ASI umfangreiche Erfahrungen mit polymerbasierten additiven Technologien gesammelt und in den letzten Jahren Fortschritte bei der Entwicklung seiner Roadmap für die Metalladditive Fertigung und eines eigenen Teams für die additive Fertigung gemacht.
Nachdem das GA-ASI Additive Manufacturing (AM)-Team die erforderlichen Anforderungen an das Ökosystem für die Entwicklung des Anwendungsbereichs der Metalladditiven Fertigung festgelegt hatte, identifizierte es eine Reihe von Teilen und Anwendungsfamilien mit potenziell günstigen Geschäftsfällen.
Letztes Jahr wählte das GA-ASI AM-Kernteam GE Additive AddWorks aus, um die Entwicklung der additiven Fertigung von Metallen mittels Laser-Pulverbett-Fusion (LPBF) im Unternehmen zu beschleunigen, mit dem Ziel, das erste 3D-gedruckte Metallteil innerhalb eines aggressiven Zeitrahmens zu realisieren.
Die Zusammenarbeit zwischen GA-ASI und GE Additive AddWorks begann im April 2019 und umfasste ein breites Spektrum an technischen Beratungsleistungen wie Design for Additive (DfAM)-Schulungen, Prozessentwicklung für die Industrialisierung und Materialvalidierung für Titan und andere Metalle, um das Teiledesign zu optimieren und die Teilequalifizierung zu beschleunigen.
Innerhalb von acht Monaten führte diese intensive Zusammenarbeit dazu, dass das GA-ASI-Team für additive Fertigung 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 - an einem SkyGuardian RPA Anfang Februar 2020.
Definition des Business Case und Teileauswahl
Mit dem Wunsch, sich einen frühen Gewinn zu sichern, hatte das AM-Team von GA-ASI bereits damit begonnen, eine Reihe geeigneter Komponenten für die metalladditive Fertigung zu identifizieren und diese mit den Geschäftsfachleuten von GA-ASI abzustimmen.
Während dieses Prozesses wurde ein NACA Inlet1 als ein starker Anwärter für das erste 3D-gedruckte Metallteil für das SkyGuardian-Programm identifiziert.
Nach der Bewertung des Business Case, der Kritikalität des Teils sowie der Auswirkungen auf das Programm wählte GA-ASI den NACA-Einlass als erste zu qualifizierende Metallkomponente aus. Das Team von GE Additive AddWorks war in der Lage, den Industrialisierungsprozess und die Produktionsreife des NACA-Einlasses zu beschleunigen und zu unterstützen, indem es das Designpotenzial freilegte sowie Fachwissen bereitstellte, um die Qualifizierungsrisiken deterministisch zu reduzieren.
"Wir wissen aus erster Hand, dass die Fähigkeit, die Zustimmung mehrerer funktionsübergreifender Stakeholder zu sichern, oft entscheidend für den Erfolg eines Metall-Additiv-Programms innerhalb einer Organisation ist. Indem wir die Erfahrung und Perspektive von GE zu den internen Führungsbemühungen von GA-ASI hinzufügten, war das gemeinsame Team in der Lage, die erforderliche Projektdynamik zu erreichen, um den Meilenstein zu erreichen", sagte Lauren Thompson, Operations Project Manager bei GE Additive AddWorks und Teil des Teams, das mit GA-ASI zusammenarbeitete.
"Durch die Kombination unserer tiefgreifenden Fachkenntnisse im Bereich der Metalladditive und der Best Practices aus unserer eigenen Additiv-Reise mit der ebenso tiefgreifenden Fachkenntnis der RPA-Anwendungen von GA-ASI konnten wir schnell vorankommen und die gesetzten Zeitvorgaben einhalten", fügte Thompson hinzu.
Gewicht, Kosten und Bauteilreduzierung
Nach dem erfolgreichen Testflug wird das NACA-Inlet nun in die finale Qualifikationsphase für das SkyGuardian-Programm eintreten.
Der neu gestaltete einteilige NACA-Einlass aus Titan Ti6Al4V bietet GA-ASI eine erhebliche Gewichts- und Kostenreduzierung, insbesondere im Vergleich zur herkömmlichen Herstellungsmethode, bei der der Einlass aus drei Teilen aus geschweißtem, geformtem Titanblech gefertigt wird. Dies machte die Werkzeugherstellung, den Fertigungsaufwand und die Schweißnahtprüfung zu einer Herausforderung.
Der Einlass wird nun additiv aus einem Stück statt aus drei Teilen gefertigt - auf einer Concept Laser M2-Maschine - und bietet eine Kostenreduzierung pro Teil von mehr als 90 %, eine Gewichtsreduzierung von über 30 % und eine Reduzierung der Werkzeugkosten von ca. 85 %.
Die Konsolidierung der Anzahl der Teile hat zahlreiche Vorteile, wie z.B. reduzierte Beschaffungskosten. Die reduzierte Montage- und Inspektionszeit wiederum vereinfacht die Lieferkette und den Lagerbedarf von GA-ASI.
Nach dem erfolgreichen Abschluss der Arbeiten am ersten Einlass wendet das Team von GA-ASI die Best Practices und das Wissen bereits auf die breitere NACA-Einlass-Teilefamilie und mehrere andere Komponenten und Subsysteme an.
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