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Segnungen der Digitalisierung

Der 3D-Druck

Diesen Beitrag von Peter Sander, Airbus Operations GmbH Hamburg finden Sie im B.A.U.M.-Jahrbuch 2017 - Digitalisierung und Nachhaltigkeit.
 
Die Blätter der Seerose Victoria waren Vorbild für eine Bremsklappe in Airbus Flugzeugen. Aus der Kombination von Bionic und 3D-Druck ergeben sich neue, faszinierende Möglichkeiten der Produktentwicklung. © Frank Peter/SanderDas Ziel verantwortungsbewusster Unternehmen ist es, Güter und Dienstleistungen preislich wettbewerbsfähig anzubieten und gleichzeitig die Umweltauswirkungen zu reduzieren, denn die Entwicklung der weltweiten Umweltbelastung stellt Gesellschaft und Industrie vor neue Herausforderungen. Ein gravierender Bestandteil der ökologischen Belastungen ist die Menge der CO2-Emissionen, die z.B. durch das Verbrennen fossiler Energieträger zur Energieerzeugung und durch den Herstellprozess eines Produktes entstehen. Besonders ins Gewicht fallen dabei auch die immer längeren Transportwege in einer globalisierten Wirtschaft. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, nutzt Airbus die Möglichkeiten der Digitalisierung und setzt zur Herstellung komplexer Strukturen verstärkt additive Fertigungsverfahren (Additive Layer Manufacturing), auch 3D-Druck genannt, ein.
 
Was ist Additive Layer Manufacturing (ALM)?
Die Technologie der additiven Fertigung existiert bereits seit über 20 Jahren. Einen industriellen Durchbruch erlebt sie jedoch erst jetzt. Additive Fertigung bezeichnet ein Verfahren, bei dem auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Als Werkstoffe stehen schweißbare Metalle und aufschmelzbare Kunststoffe zur Verfügung. Im Drucker wird mit Laser- oder Elektronenstrahl das pulverartige Material Schicht für Schicht verschweißt oder über eine Düse aufgetragen.
 
Bei Airbus hat sich seit zwei Jahren der Fused Deposition Modeling (FDM)-Prozess etabliert. Das Verfahren, auf Deutsch „Schmelzschichtung" genannt, bezeichnet ein Fertigungsverfahren, mit dem ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut wird und zählt damit zu den ALM-Verfahren. Als Werkstoff kommt das Material Polyetherimid (PEI), ein temperaturbeständiger Kunststoff in einem goldgelben Farbton zum Einsatz. Beim Airbus A350 XWB werden inzwischen über 500 verschiedene Serienbauteile dieser Machart eingebaut. Auch Metallteile sollen zukünftig auf diese Art und Weise hergestellt werden. Die additive Serienfertigung von Teilen aus Titan ist angelaufen und der Druck von Edelstahl ist Ende 2016 in Serie gegangen. 2017 bis 2018 folgen dann Teile aus Aluminium.
 
Einsatzpotenziale in der Luftfahrtindustrie
Bisher wurden in Zusammenarbeit mit vielen Engineering-Teams, überwiegend in Deutschland, mehr als 180 ALM-Metallprojekte umgesetzt. Durch ein optimiertes Design konnten Gewichtsreduzierungen der Teile zwischen 30 und 55 Prozent erreicht werden, die Einmalkosten (zum Beispiel für die Erstellung von Vorrichtungen) verringern sich um bis zu 90 Prozent und die Produktentwicklungszeit kann bis zu 75 Prozent geringer werden. Durch die Technik können die Designs der Teile freier und damit effizienter und multifunktional gestaltet werden, was im Einzelfall Kosteneinsparungen von bis zu 50 Prozent ermöglicht. Die Produktionsschritte im Vergleich zum Fräsen aus einer Platte können sich halbieren. Durch die genannten Maßnahmen sinken die CO2-Emissionen in hohem Maße.
 
Diese Vorteile eröffnen der Industrie ganz neue Potenziale. Ein Beispiel dafür ist ein Halter für die Cockpit-Trennwand aus Titan, der früher aus mehreren Fräs- und Blechteilen zusammenmontiert wurde. Mit ALM können hier 45 Prozent Gewicht eingespart werden und auch die spätere Montage kann durch ein neues Design verbessert werden.
 
Weitere Potenziale zeigt ALM bei der Haltung eines Hydrauliktanks im Flugzeug. Bislang besteht dieser aus 126 Einzelteilen und mehr als 60 Verbindungselementen. Für 2018 ist bereits eine Serienlösung angedacht, die aus lediglich drei bis vier Teilen besteht. Ein weiteres Projekt ist der Steuerblock zum Einund Ausfahren der Spoiler beim A380. Hier kann 55 Prozent Gewicht eingespart werden. Außerdem ergeben sich damit neue Möglichkeiten zur Reduktion von Strömungswiderständen innerhalb der Geräte.
 
Fertigung von Ersatzteilen direkt vor Ort
Drucker, die vor Ort mit Kunststoff alle möglichen Produkte herstellen, bedeuten eine geringere Umweltbelastung, glauben die Experten des amerikanischen Center for Climate and Security (CCS). Die Produktionstechnik der Zukunft wird lange Transportwege überflüssig machen. Laut dem Fraunhofer- Institut für Materialfluss und Logistik ist der Gütertransport als viertgrößter CO2-Produzent für knapp sechs Prozent des weltweiten Ausstoßes von Treibgasen verantwortlich. Wenn jeder seine Produkte dort ausdruckt, wo sie benötigt werden, gibt es weniger zu transportieren. Die weltweit zu erwartenden CO2-Reglementierungen und neue Technologien werden Auswirkungen auf das zukünftige Produktdesign vieler Industrien haben, die heute nur erahnt werden können.
 
Peter Sander ist Vice President und Manager Emerging Technologies & Concepts Germany bei Airbus Operations GmbH Hamburg. Seit 35 Jahren ist er in der Luftfahrtindustrie tätig und hatte in unterschiedlichen Bereichen Positionen als Teamleader und Manager inne.

Quelle: Bundesdeutscher Arbeitskreis für Umweltbewusstes Management e.V. (B.A.U.M.)

Technik | Cleantech, 01.01.2017

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