NewStructure – Direct Manufacturing of Structure Elements for Next Generation Platform

Das Projekt NewStructure untersucht die Auswirkungen der additiven Fertigung auf Luft- und Raumfahrtteile unter besonderer Beachtung von Telekommunikationssatelliten. Der Nutzen des Wechsels von konventionell gefertigten zu additiv gefertigten Teilen wird untersucht und quantifiziert.

Es werden verschiedene Typen von Applikationen begutachtet:

• Fall 1: kleine, identische Elemente, Plattformübergreifend eingesetzt
• Fall 2: größere, komplexere Teile mit hohem Zerspanaufwand

Ziel ist die Reduktion von Materialkosten, Gewicht und Herstellzeit im Vergleich zu den traditionellen Fertigungsmethoden. Da sich die Fertigungsmethoden fundamental von den konventionellen Techniken unterscheidet, muss eine vollständige Neuentwicklung des Herstellungsprozess und des Designs durchgeführt werden. Es wird ein iterativer Ansatz angewendet um systematisch Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Ziele

• Gewichtsreduktion: Verwendung von hochfesten Materialien, optimal lastangepasste Strukturen
• Abfallreduktion: Vermeidung hoher buy-to-fly ratios durch Verminderung des Zerspanungsaufwands
• Kostenreduktion: AM spezifisches Neudesign des Teils, Materialersparnis, Gewichtsersparnis
• Zeitreduktion: Verarbeitung von mehreren Teilen gleichzeitig, Endkonturnahe Fertigung

Forschung

Strukturelemente werden identifiziert und den beiden Fällen entsprechend sortiert. Typische relevante Teile sind Teile mit einer hohen buy-to-fly ratio (Verhältnis von Rohmaterialvolumen zu Endvolumen) und Teile mit zeitaufwendigen und komplexen Fertigungsschritten. Auf Grundlage dieser Aspekte ist davon auszugehen, dass additiv gefertigte Teile aufgrund der endkonturnahen Produktion in bemerkenswerten Vorteilen resultieren.

Im Projekt NewStructure werden Designvorschläge und Fertigungsstrategien für additiv gefertigte Teile entwickelt, wofür Anforderungen an die Teile gesammelt und beschrieben werden. Hierbei fließen die Charakteristika von AM-Prozessen in die Entwicklung mit ein. Neben der Betrachtung des Designs spielt auch die Materialauswahl eine große Rolle. Hierzu wird der Einfluss der Materialkosten im Vergleich zu Transportkosten auf der Basis von bereits durchgeführten Studien betrachtet und bewertet.

Zum Abschluss wird eine Kostenanalyse durchgeführt um die Vorteile der additiven Fertigung im Anwendungsfall Telekommunikationssatelliten zu quantifizieren. Zu erwartende Vorteil sind zum einen ein niedrigeres Gewicht und eine günstigere buy-to-fly ratio, und zum anderen kürzere Herstellungszeiten im Vergleich zu den traditionellen Fertigungsmethoden. Insbesondere für die häufig zeitkritisch entwickelten Primärstrukturbauteile ist hier eine durch eine schnellere Fertigung ein hoher Nutzen zu erwarten.