Titan-Druckbehälter für die Erkundung des Weltraums

Ein Team aus Thales Alenia Space, der Cranfield University und Glenalmond Technologies hat erfolgreich einen ersten Prototyp eines Titan-Druckbehälters in großem Maßstab produziert, der in zukünftigen bemannten Missionen für die Weltraumforschung eingesetzt werden soll.

Das Stück ist ungefähr 1 m hoch und 8,5 kg schwer. Es wurde aus der Titanlegierung (Ti-6Al-4V) hergestellt und mit dem WAAM-Verfahren (Wire + Arc Additive Manufacturing) abgeschieden, das die Cranfield University im letzten Jahrzehnt als Pionier erprobt hat.

Durch die Möglichkeit, direkt von der digitalen Zeichnung zur endgültigen Struktur zu gelangen, hat WAAM zwei Einzelteile in einem Teil integriert. Verzicht auf Schmiedeteile mit langen Vorlaufzeiten; und verringerte wesentlich die Menge an Abfallmaterial, das durch maschinelle Bearbeitung entfernt wurde.

Bei herkömmlicher Herstellung hätte das Bauteil etwa 30-mal mehr Rohmaterial benötigt als seine endgültige Masse. Bei Verwendung des WAAM-Verfahrens wurden für jeden Artikel mehr als 200 kg Ti-6Al-4V gespart. Es gibt Spielraum, um dies weiter zu verbessern, und Cranfield arbeitet an innovativen Methoden, um näher an der Enddicke abzuscheiden.

Die WAAM-Form wurde in Cranfield hergestellt und dann an Glenalmond Technologies geschickt, wo sie Spannungsfrei gemacht, per Laser gescannt, bearbeitet und mit einem Ultraschallverfahren geprüft wurde. Die Endkontrolle wurde von Agiometrix mit einer Computertomographie (CT-Scan) für die interne Qualitätsanalyse und einem optischen Scanner durchgeführt. Dabei stellte Thales Alenia Space sicher, dass das Teil die mechanischen Anforderungen und Spezifikationen erfüllte.

Nach den Kontrollen ist das Projektteam davon überzeugt, dass der Tank die fahrtechnischen und qualitativen Anforderungen erfüllt. Das Team fährt nun mit dem Bau eines zweiten Prototyps fort, mit dem Ziel, den gesamten Fertigungszyklus feinabzustimmen, die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit des Prozesses zu demonstrieren und die Umsetzung des neuen Ansatzes in die Flucht zu drängen Hardware.

Ing. Massimo Chiampi, Studienmanager für Additive Manufacturing-Projekte bei Thales Alenia Space, sagte: „Wir suchten nach einer innovativen Fertigungslösung für die Tanks, die normalerweise eine lange Vorlaufzeit mit der konventionellen Produktionsmethode hat, die auf der subtraktiven Bearbeitung basiert. Dank dieses Projekts haben wir gezeigt, dass die Einführung der WAAM-Technologie die Wettbewerbsfähigkeit unseres Produkts verbessert. In wenigen Tagen wird ein nahezu netzförmiger Gegenstand hergestellt – im Vergleich zu mehreren Monaten, die für die Beschaffung der Standardschmiedeprodukte benötigt werden – und außerdem wird der Bearbeitungsaufwand kontinuierlich reduziert. Wir haben die Gesamtvorlaufzeit um 65% reduziert, ohne die geforderten Leistungen aufzugeben. Dies bietet auch einen Vorteil in Bezug auf die Designflexibilität, sodass die Kundenanforderungen zu einem späteren Zeitpunkt des Projekts erfüllt werden können.“

Dr. Jialuo Ding, Principal Research Fellow an der Cranfield University und Chief Scientist bei WAAM3D, sagte: „Wir entwickeln die WAAM-Technologie seit mehr als 10 Jahren und es ist sehr befriedigend, wenn sie diesen kommerziellen Reifegrad erreicht. Wir freuen uns sehr über die Einführung der Technologie durch unser neues Spinout-Unternehmen WAAM3D. Wir sind auch sehr zufrieden mit der Arbeit von Glenalmond Technologies, die sich auf Anhieb mit einem Teil mit begrenztem Zerspanungsbestand perfekt verhalten haben.“

Dr. Filomeno Martina, Senior Lecturer an der Cranfield University und CEO von WAAM3D, sagte: „Dieser Teil wurde mit Software und Hardware gebaut, die in den letzten zehn Jahren entwickelt wurden. Diese sind schließlich für die Vermarktung durch ein neues Spin-out-Unternehmen aus Cranfield, WAAM3D, bereit. Dieser Teil hat uns die Gelegenheit gegeben, die innovativen Lösungen von WAAM3D in einem hochkarätigen Anwenderfall mit einem sehr aggressiven Zeitplan zu testen. Wir sind sehr stolz auf den Automatisierungsgrad der Cranfield University. WAAM3D wird all diese Werkzeuge in den nächsten Monaten der Industrie zur Verfügung stellen, und wir freuen uns auf die Auswirkungen auf die industrielle Herstellung von Additiven in großem Maßstab.“