Air Force Research Laboratory, Boeing und Thermwood arbeiten am kostengünstigen Responsive Tooling-Programm mit

Die Division Manufacturing and Industrial Technology (ManTech) des United States Air Force Research Laboratory (AFRL) ist an Polymer-basierten additiv hergestellten (AM) Composite-Härtungswerkzeugen in großem Maßstab interessiert. Boeing reichte der Open BAA von ManTech eine Idee ein, um den aktuellen Stand der additiven Fertigungstechnologie im Hinblick auf die Herstellung von kostengünstigen autoklavenfähigen Werkzeugen für die Herstellung von Composite-Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt zu bewerten. Das erste Demo-Tool ist für eine Flugzeugrumpfhaut mit AFRL-Konzept vorgesehen. Boeing beauftragte Thermwood mit der Demonstration der Leistungsfähigkeit seiner Large Scale Additive Manufacturing (LSAM) -Maschine.

Die Thermwood LSAM-Maschine bietet mit dem Vertical Layer Printing (VLP) eine innovative Fähigkeit zur additiven Fertigung. Das AM-Verfahren für den vertikalen Schichtdruck bietet einen erheblichen Kostenvorteil, da die Größe der zu druckenden Komponenten erhöht und somit die Montagekosten für große Werkzeuge gesenkt werden. Um den VLP-Prozess unter Verwendung von Hochtemperatur-Autoklaven-fähigen Materialien zu validieren, haben Boeing und AFRL einen Teil des großen Werkzeugs für den 3D-Druck ausgewählt, um die LSAM-Funktionalität zu bewerten. Das Mid-Scale-Werkzeug wurde mit einem 40-mm-Druckkern aus 25% kohlefaserverstärktem Polyethersulfon (PESU) auf der LSAM Additive Manufacturing Demonstrationsmaschine von Thermwood in Süd-Indiana gedruckt.

Das anfängliche Testwerkzeug hat die gleiche Breite, Höhe und Wulstbahn wie die endgültige Form, enthält alle Hauptmerkmale der endgültigen Form, ist jedoch in der Länge zusammengedrückt und nur 1,2 Meter lang. Das endgültige Werkzeug wird mehr als 3 Meter lang sein. Das Mid-Scale-Tool setzte einen Meilenstein als erstes Hochtemperatur-Tool, das mit dem VLP-System gedruckt wurde. Das Mittelmaßstab-Werkzeug benötigte 5 Stunden und 15 Minuten, um mit einem Druckgewicht von 166 kg zu drucken. Nach der Endbearbeitung wurde das Werkzeug auf Oberflächenprofil geprüft und auf Vakuumintegrität getestet. Das Werkzeug bestand den Vakuumtest bei Raumtemperatur und erreichte Toleranzen des Oberflächenprofils. Das Full-Scale-Tool wiegt ungefähr 635 kg und benötigt 18 Stunden zum Drucken.

Das Programm fährt mit dem nächsten Schritt fort und produziert ein Werkzeug in voller Größe. Boeing und die Luftwaffe dokumentieren sorgfältig alle Betriebsparameter des Projekts, um die Technologie auf Produktionsprogramme umzustellen. Additiv hergestellte Autoklavenwerkzeuge bieten erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Herstellung dieser Werkzeuge. 3D-gedruckte Werkzeuge sind kostengünstiger und können in Tagen oder Wochen anstatt in Monaten hergestellt werden.

AFRL ist sehr an Tooling-Ansätzen für das Low-Cost Attributable Technology (LCAAT) -Programm interessiert, mit dem die Kostenwachstumskurve durchbrochen und neue Systeme schneller eingeführt werden sollen.

AFRL-Programmmanagerin Andrea Helbach: „Wir sind an der Fähigkeit von additiv gefertigten Werkzeugen interessiert, die Kosten und die Zeit für die Beschaffung autoklavenfähiger Werkzeuge zu reduzieren. Darüber hinaus unterstützt AM Tooling Änderungen im Fahrzeugdesign mit minimalen einmaligen Kosten.“

“Zukünftige kostengünstige, aber leistungsfähige UAVs erfordern eine Strategie für reaktionsschnelle Materialien und Herstellungsprozesse”, sagt Craig Neslen, LCAAT-Initiative Manufacturing Lead. “Additiv gefertigte Verbundwerkzeuge sind eine von vielen Technologien, die derzeit evaluiert werden, um sicherzustellen, dass die industrielle Basis die zukünftigen Anforderungen an den Produktionsschub bewältigen kann und regelmäßige Systemtechnologieaktualisierungen durchführt, die geringfügige Änderungen des Fahrzeugdesigns zu akzeptablen Kosten erforderlich machen könnten.”