Flugzeuge sollen zukünftig leichter werden, um Treibstoff zu sparen und das Klima zu schonen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die additive Fertigung. Mit ihr lassen sich besonders komplexe, aber auch leichtere Metallbauteile herstellen, wie beispielsweise hocheffiziente Wärmetauscher. In der Luftfahrt rechnet sich jede Gewichtsersparnis, da Flugzeuge über mehrere Jahrzehnte im Einsatz sind.
Doch trotz ihrer potenziellen Vorteile wird die additive Fertigung in der Luftfahrt bislang nur zögerlich eingesetzt. Der Grund: In keiner anderen Industrie sind die Sicherheitsanforderungen höher. Jede sicherheitsrelevante Komponente muss lückenlos auf Fehler geprüft werden können, bevor sie verbaut wird. Das aber ist im 3D-Druck noch ein sehr zeit- und kostenintensiver Prozess. Denn die Bauteile sind meist sehr filigran und individuell ausgelegt. Mögliche Fehlstellen wie kleinste Poren oder Risse sind von außen nicht sichtbar und konventionelle Prüfmethoden stoßen hier an ihre Grenzen.
Qualitätskontrolle im Druckprozess
Hier setzt das Verbundprojekt Sonrisa an: Das Team entwickelt eine digitale Methode, mit der sich die Qualität eines 3D-gedruckten Bauteils bereits während des Herstellungsprozesses überwachen und bewerten lässt. So können mögliche Fehler früh erkannt und anschließende Prüfungen reduziert werden. „Wir wollen den Herstellungsprozess transparenter machen und schon während der Fertigung erkennen, ob ein Bauteil den hohen Anforderungen der Luftfahrt entspricht“, sagt Gunther Mohr, Projektleiter für Sonrisa bei der BAM. „Das spart Zeit, Kosten und Ressourcen.“
Für das Vorhaben werden mehrere Messsysteme kombiniert, die den 3D-Druckprozess, genauer das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen, überwachen. Bei diesem Verfahren wird Metallpulver schichtweise aufgetragen und mit einem Laser aufgeschmolzen. Die Messsysteme erfassen unter anderem, ob das Pulver gleichmäßig aufgetragen ist und ob die Oberfläche des Bauteils Rückschlüsse auf etwaige Fehlstellen liefert.
Verkürzung von Prüfzeiten
Diese Informationen werden mit hochauflösenden computertomographischen Röntgenaufnahmen der Komponenten verknüpft. So können die Signale der Überwachungssysteme gezielt mit den tatsächlichen Eigenschaften des Bauteils verglichen werden. Aus diesen Erkenntnissen lässt sich frühzeitig ableiten, welche Bereiche zukünftig besonders gründlich geprüft werden müssen. Das macht die Qualitätssicherung deutlich effizienter.
Durch die neuen Methoden sollen Prüfungen deutlich verkürzt, ihre Genauigkeit erhöht und ein wesentlicher Beitrag zur zuverlässigen Bewertung von Prozessstabilität und Bauteilqualität additiv gefertigter Komponenten geleistet werden. Damit wird der Einsatz von 3D-gedruckten Bauteilen für die Luftfahrt attraktiver.
