3D-gedruckte Triebwerksabdeckungen unterstützen die Wartung von Flugzeugen

Im März 2020 brachte die COVID-19-Pandemie die Welt zu einem plötzlichen Stillstand. Ein Großteil aller Reisetätigkeiten kam zu Erliegen und dadurch waren 62% aller Passagierflugzeuge gezwungen am Boden zu bleiben. Daraus ergab sich eine Vielzahl von Herausforderungen, wie beispielsweise ein Mangel an Abstellflächen und steigende Wartungskosten für Flugzeuge, die nicht für derart lange Stillstandszeiten ausgelegt sind. Scandinavian Airlines (SAS) sahen sich insbesondere vor das Problem gestellt, dass ihre Flugzeuge dem üblicherweise sehr strengen norwegischen Winter ausgesetzt waren.

Eine ganze Flugzeugflotte am Boden zu betreuen, ist keine einfache Aufgabe. Wenn sie über einen längeren Zeitraum abgestellt werden, dann müssen Flugzeugtriebwerke sowohl vor der Witterung als auch vor anderen schädlichen Einflüssen wie Fremdkörpern und Tieren geschützt werden. Fluglinien haben u.a. die Möglichkeit, die Flugzeuge in einem flugbereiten Zustand zu halten. Hierfür müssen die Triebwerke bei den geparkten Flugzeuge abgedeckt werden. Es gibt auch eine wöchentliche Überprüfung der Betriebsfähigkeit.

Das Standardverfahren erfordert verschiedene Abdeckungen, um zu verhindern, dass die Triebwerke durch Feuchtigkeit oder Gegenstände beschädigt werden, während die Luftfeuchtigkeit mit Hilfe von Trocknungsmitteln stabil gehalten wird. SAS stand jedoch vor dem Problem, dass nicht ausreichend Triebwerksabdeckungen, Auslassverschlüsse und andere Hilfsmittel für die zusätzlich eingelagerten Flugzeuge vorhanden waren. Anfangs griff SAS als Notlösung auf Plastikplanen und Klebeband zurück. Das ist zwar für eine kurzzeitige Einlagerung in kleinem Maßstab möglich, aber die Pandemie erforderte eine längerfristige Lösung.

Die Flugzeuge blieben länger auf dem Boden und die Triebwerke mussten einmal wöchentlich angelassen und dazu abgedeckt werden. Jason Deadman, Produktionsingenieur bei SAS, beschreibt den achtstündigen Vorgang des Aus- und Einpackens, der für die Überprüfung der Triebwerke notwendig war, als „sehr aufwändig.“

Probleme in der Lieferkette mit 3D-Druck lösen

Es wäre natürlich einfach gewesen, schlichtweg mehr dieser Triebwerksabdeckungen zu bestellen. COVID-19 hatte aber einen Dominoeffekt in den weltweiten Lieferketten ausgelöst. Der Zugriff auf Rohmaterialien war durch Lockdowns eingeschränkt, was die Fertigung verzögerte und dazu führte, dass insgesamt weniger Produkte hergestellt wurden.

Firmen versuchten daher verschiedene Ansätze, um das Lieferketten-Problem zu umgehen. SAS wollte stärker auf lokal verfügbare Ressourcen zurückzugreifen und somit die Lieferkette verkürzen. Bei SAS zog Jason den Einsatz additiver Fertigungsverfahren wie beispielsweise des 3D-Drucks als Lösung für die Lieferkettenprobleme in Betracht.

Schließlich ließen sich die Vorzüge des 3D-Drucks mit den Anforderungen und Werten des Unternehmens in Einklang bringen. Dazu gehören eine schnelle Fertigung, flexibles Produktdesign, geringe Stückzahlen, niedrige Kosten und ein Minimum an Abfall. Trotz der Einschränkungen vieler 3D-Drucker in Bezug auf Material und Baugröße schien sich hier eine Lösungsmöglichkeit für die Fluglinie aufzutun. SAS fragte einen lokalen Anbieter, CNE Engineering, ob und wie der 3D-Druck bei ihrem Problem der stillgelegten Flugzeuge helfen könnte.

Nathan Brown, der Gründer von CNE Engineering, begann damit, sich die Materialanforderungen für die Auslasscover der Triebwerke anzusehen. Diese mussten extremen Außentemperaturen standhalten und widerstandsfähig sowohl gegen chemische Substanzen als auch gegen UV-Strahlung sein. Sie mussten außerdem weich, aber auch robust sein – weder das Triebwerk noch die Abdeckung selbst durften während des Anbringens oder des Abnehmens beschädigt werden. Auf dieser Grundlage entschied sich Nathan für gießbares Polyurethan, ein allgemein verfügbares und kostengünstiges Material.

Das Material, in Verbindung mit der von SAS benötigten Stückzahl zwischen 20 und 100 Teilen, machte das Gießen zum idealen Fertigungsprozess. Glücklicherweise waren CNE in der Lage, die Gussformen oder Werkzeuge, die zur Herstellung des von SAS benötigten Equipments notwendig waren, mit ihrem 3D-Drucker herzustellen. Auch SAS‘ Vorstellungen bezüglich der Lieferzeit konnten eingehalten werden – die erste Lieferung machte sich bereits einige Wochen nach Beginn des Projekts auf den Weg. Durch die Nutzung ihres Großformat-3D-Druckers von BigRep konnte CNE schnell reagieren, und maßgeschneiderte Werkzeuge und Ausrüstung In-House und in Originalgröße herstellen.

Einsatz von 3D-Druck

Nachdem das Herstellungsverfahren geklärt war, mussten die technischen Details der Fertigung betrachtet werden. Weil die Entscheidung für einen Gießprozess getroffen worden war, konstruierte CNE die Gußformen und kombinierte dabei verschiedene Materialien. Diese mussten flüssigkeitsdicht und widerstandsfähig gegen Chemikalien sein, aber auch eine leichte Entformung der Bauteile erlauben. Im BigRep ONE 3D-Drucker konnten sowohl Ober- als auch Unterteil jeweils im Ganzen hergestellt werden, ohne sie trennen oder segmentieren zu müssen. Der BigRep STUDIO wurde zur Fertigung von Formbauteilen verwendet, die feinere Strukturen aufwiesen und daher mit einem höheren Detailgrad gedruckt werden mussten. Dazu gehörten beispielsweise die für die Griffe benötigten Hinterschneidungen.

Die Herstellung lief wie folgt ab: Das Werkzeug für den Urethan-Guss wird gedruckt und zusammengebaut; das dauert einige Tage. Dann wird flüssiges Urethan in die Form gegossen und härtet binnen weniger Stunden aus. Schließlich lässt sich das fertige Bauteil von einer Person alleine in ein paar Minuten aus der Form lösen.

SAS erhielt die erste Lieferung schon zwei Monate nach dem Kick-Off-Meeting. Weitere Aufträge in ähnlichen Stückzahlen, aber in anderen Größen für unterschiedliche Flugzeugtypen folgten. Aufgrund der maßangefertigten Abdeckungen ist das bislang stundenlange Ein- und Auspacken der Triebwerke für die Wartungstechniker nur noch eine Frage von Minuten.

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