Hexagon Manufacturing Intelligence und Nikon SLM haben gemeinsam ein großes Bauteil eines Flugzeug-Treibstoffsystems neugestaltet und dabei die Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung genutzt. Dabei konnten eine erhebliche Gewichtsreduzierung, Teilekonsolidierung und präzise geometrische Toleranzen erreicht werden.
Dies gelang durch den Einsatz der simulationsgestützten Design for Additive Manufacturing (DfAM) Toolchain von Hexagon und der fortschrittlichen additiven Multilaser-Metallfertigungstechnologie von Nikon SLM.
Airbus Operations nutzte die Technologie seiner Partner, um einen Treibstoff-Luftabscheider neu zu konstruieren – eine Komponente, die die Auxiliary Power Unit (APU) des Airbus A330 speist. Die Kombination aus Hexagon Software und der additiven Fertigungstechnologie von Nikon SLM ermöglichte die Produktion des vereinfachten, effizienteren Prototyps des Treibstoff-Luftabscheiders AM A330. Mit diesem neuen Design konnte eine Gewichtsreduzierung um 75 % von 35 kg auf weniger als 8,8 kg erreicht werden. Dies setzt einen neuen Maßstab für den Einsatz von additiver Fertigung und simulationsgesteuertem Design in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
Der Treibstoff-Luftabscheider ist ein großes, komplexes Bauteil, das Luft aus dem Treibstoffzufuhrsystem der APU entfernt und so sicherstellt, dass die APU wichtige Flugzeugsysteme mit Strom versorgen kann, wenn die Haupttriebwerke ausgeschaltet sind. Das konventionelle Teil besteht aus mehr als 30 Einzelteilen, die manuell geschweißt und montiert werden müssen. Dieser Prozess ist arbeitsintensiv, was zu langen Vorlaufzeiten führt und das Potenzial für Designverbesserungen begrenzt.
Airbus Operations und Nikon SLM haben die Case Study zur Optimierung der Produktion und Leistung des Luftabscheiders initiiert und ein innovatives Verfahren entwickelt. Bei diesem wurde das neueste NXG XII 600-System von Nikon SLM – ein großformatiger 3D-Multilaser-Drucker – zur Vereinfachung der Fertigung, Verkürzung der Vorlaufzeiten und Optimierung der Inbetriebnahme verwendet.
Simulationsgesteuerte Neugestaltung eröffnet Gestaltungsfreiheit
Das Team wandte sich an Hexagon, um das Teil mithilfe eines DfAM-Workflows (Design for Additive Manufacturing) neu zu gestalten und so das Potenzial des fortschrittlichen 3D-Drucksystems zu maximieren. Mit der MSC Apex Generative Design Software von Hexagon fassten sie über 30 Einzelkomponenten zu einem einzigen Leichtbauteil zusammen, das alle erforderlichen Struktur- und Leistungsstandards erfüllte. Die Simufact-Simulationstools von Hexagon wurden dann verwendet, um den Druckprozess zu optimieren und die Verformung des Teils vorherzusagen. Dadurch wurde sichergestellt, dass die genauen geometrischen Toleranzen eingehalten wurden. Globale Toleranzen wurden auf +/- 5 mm kontrolliert, wobei kritische Funktionsflächen auf +/- 0,5 mm verfeinert wurden, um eine nahtlose Kompatibilität mit dem Treibstoffsystem des Flugzeugs zu gewährleisten.
Das simulationsgesteuerte Design ermöglichte eine Optimierung der Teile unter Einhaltung der strengen behördlichen Auflagen für die Luft- und Raumfahrt. Durch die additive Fertigungstechnologie konnten die Vorlaufzeiten durch die Kombination mehrerer manueller Prozesse und die Verkürzung der Produktionszeit erheblich reduziert werden. Das große Bauteil wurde in nur 68 Stunden hergestellt. Die optimierten Druckdaten wurden aus AMSTUDIO zur Produktionsvorbereitung von Hexagon verwendet. Dadurch konnte der Pulverbett-Fusionsdrucker NXG XII 600 voll ausgenutzt und eine präzise geometrische Genauigkeit gewährleisten werden.
Fortschrittliche Fertigung als Motor für nachhaltige Innovation
Das geringere Gewicht der Teile, die kürzere Vorlaufzeit bei der Fertigung und die höhere Effizienz, die durch den Fertigungsprozess erzielt wird, tragen zu einem geringeren Treibstoffverbrauch bei.
Die Zusammenarbeit zwischen den Branchenführern hat die Produktion vereinfacht, die Leistung verbessert und neue Maßstäbe für Effizienz gesetzt. Dieses Projekt zeigt, wie wirkungsvoll die Kombination von additiver Fertigung und simulationsgestütztem Design ist, und Airbus ist gut aufgestellt, um diese Technologien in zukünftigen Flugzeugdesigns auszubauen.
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