Der 3D-Druck im Einsatz bei der Herstellung von zwei aeroelastischen Demonstratoren

CRP Technology hat mit der Fachabteilung für Raumfahrtwissenschaft und -technologie des Polytechnikums Mailand (PoliMi) bei der Herstellung einiger Teile zur Installation auf den aeroelastischen Demonstratoren, die in den Projekten „Aeroelastic Flutter Suppression (AFS)“ und „Gust Load Reduction Techniques Assessment on wind tUnnel Model of advanced Regional aircraft (GLAMOUR)“ eingesetzt werden, zusammen gearbeitet.

Das Projekt AFS wurde vom PoliMi und der Universität von Washington ins Leben gerufen, um im Windkanal verschiedene Technologien zur aktiven Flatterunterdrückung zu testen.

Das Projekt GLAMOUR hingegen konzentriert sich auf die technologische Optimierung und experimentelle Validierung aktiver Kontrollsysteme zur Abminderung von Böenlasten, die auf einem von der Leonardo Company-Aircraft Division hergestellten Regionalflugzeug der jüngsten Generation GRA (Green Regional Aircraft) installiert werden sollen.

Der Beitrag von CRP Technology betraf die Herstellung der aerodynamischen Teile der beiden aeroelastischen Demonstratoren (maßstabsgetreue Modelle von Flugzeugprototypen) für die Windkanaltests der beiden Projekten im professionellen 3D-Druck mit dem Verbundmaterial Windform^® XT 2.0.

Hierbei handelt es sich um aerodynamische Teile oder Sektoren, die dem Flügel seine korrekte Außenform verleihen und gleichzeitig die aerodynamischen Lasten auf die flexible Innenstruktur übertragen.

Vor dem Aufkommen des professionellen 3D-Drucks wurden die aerodynamischen Sektoren der aeroelastischen Flügel durch Trockenwalzen von Kohle- oder Glasfasergeweben hergestellt, mit denen Styroporblöcke umwickelt wurden, die entsprechend zugeschnitten wurden, um die Form des Flügels anzunehmen.

Dieser Vorgang dauerte viel länger und brachte eine schlechtere Oberflächenqualität mit sich.

Der Einsatz des professionellen 3D-Drucks hat den gesamten Vorgang der Herstellung und Prüfung der Teile revolutioniert und Folgendes ermöglicht: Produktionsgeschwindigkeit, Zeitersparnis und die Möglichkeit, die Innenform dieser aerodynamischen Sektoren zu optimieren, um sie so leicht und steif wie möglich zu machen.

Herstellung der aerodynamischen Teile im 3D-Druck

Dank des von CRP Technology zur Verfügung gestellten 3D-Drucks konnte das Team des PoliMi die Ressourcen von der Konstruktions- in die Designphase transferieren und so deutlich optimierte Komponenten erhalten.

Die Komponenten der Flügel mussten leicht, steif und mit Teilen versehen sein, die sich durch geringe Stärken auszeichnen (um möglichst leichte Bauteile zu erhalten, das CAD-Projekt der aerodynamischen Sektoren geht häufig an die Grenzen und weist Bereiche mit sehr geringen Stärken auf) und über eine glatte Außenfläche verfügen.

Während der Tests werden diese aerodynamischen Sektoren keinen großen Belastungen ausgesetzt, da sie nicht die Primärstruktur des Flugzeugs darstellen, sie erfüllen jedoch eine sehr wichtige Aufgabe: sie müssen die aerodynamischen Kräfte effizient auf den flexiblen Längsträger übertragen und als als Schnittstellenstruktur zwischen dem Fluid (Aerodynamik) und der internen Struktur des Flügels dienen. Es war somit von grundlegender Bedeutung, dass bei einer guten Oberflächenbeschaffenheit der der Luft ausgesetzten Teile einerseits das Gewicht der Komponenten verringert werden konnte und diese andererseits die aerodynamischen Lasten starr auf den Längsträger des Flügels übertragen können.

Die Tätigkeit der Abteilung für 3D-Druck von CRP Technology war von Anfang an auf die Optimierung und die Erreichung der geforderten Ziele sowie die komplette Zusammenarbeit mit der Fachabteilung für Raumfahrtwissenschaft und -technologie des Polytechnikums Mailand ausgerichtet.

Die Tätigkeit von CRP Technology begann mit einer sorgfältigen Analyse der dreidimensionalen Zeichnungen: Dank der gesammelten Berufserfahrung konnte CRP Technology dem PoliMi Änderungen vorgeschlagen, die eine Optimierung der Geometrie der Teile ermöglicht haben, um die festgesetzten Ziele in Bezug auf Gewicht und Steifigkeit zu erzielen.

Darüber hinaus konnte CRP Technology dank seines in über 20 Jahren im Dienst der anspruchsvollsten und leistungsstärksten Industriesektoren erworbenen Know-Hows das PoliMi bei der Auswahl der für den erfolgreichen Abschluss des Projekts am besten geeigneten Technologien und Materialien unterstützen: das selektive Lasersintern und das kohlefaserverstärkte Verbundmaterial Windform^® XT 2.0 aus der Familie Windform^® TOP-LINE (entwickelt und hergestellt von CRP Technology).

Windform^® XT 2.0 ersetzt das vorhergehende Produkt und bringt deutliche Verbesserungen mit sich (+8 % bei der Bruchlast, +22 % beim Elastizitätsmodul und +46 % bei der Bruchdehnung) dank denen es dem Team vom PoliMi möglich war, die geforderten Eigenschaften, also Steifheit, Leichtigkeit und eine sehr glatte Außenfläche, zu erzielen.

Nachdem das PoliMi die endgültigen 3D-Dateien übergeben hatte und auf Grundlage der optimierten Geometrien konnte CRP Technology die geforderten Komponenten innerhalb kürzester Zeit herstellen.

Der professionelle 3D-Druck in Kombination mit dem für die Herstellung verwendeten Material Windform^® XT 2.0 haben sich als optimale Lösung erwiesen: Die Teile haben die Kontroll- und Abnahmetests erfolgreich bestanden und die Anforderungen und Standards von PoliMi vollständig erfüllt.

Eigenschaften der mit 3D-Druck hergestellten Teile

Was das Projekt AFS betrifft, war es mit dem Material Windform^® XT 2.0 in Kombination mit dem 3D-Druck möglich, die Flügelsektoren so zu gestalten, dass die Elemente für die Verbindung mit dem Hauptlängsträger und bei den Steuerflächen auch die Scharniere und die für ihre Bewegung eingesetzten Elektromotoren eingeschlossen werden konnten.

In Bezug auf das Projekt GLAMOUR war es dank Windform^® XT 2.0 – und dank der Kohlefasern, mit denen es verstärkt ist – möglich, die gegensätzlichen Ziele von Gesamtmasse des Flugzeugs und den Schwingungsfrequenzen des Flügels zu kombinieren.