Titaneinsätze für Raumfahrzeug: 66% leichter mit 3D-Metalldruck

Bei der Entwicklung oder Konstruktion einer Komponente für ein Raumfahrzeug besteht die größte Herausforderung also in der Gewichtoptimierung, die nicht zu Lasten der Stärke und Leistung gehen darf. Materialise Manufacturing arbeitete mit Atos zusammen, einem globalen Marktführer für digitale Services, um das Gewicht eines Titaneinsatzes zu optimieren, das im Raumfahrtsektor zur Übertragung mechanischer Lasten z. B. in Satelliten eingesetzt wird. Mit einem intelligent optimierten Design, das mittels 3D-Metalldruck hergestellt wird, wiegen die neuen Titaneinsätze lediglich ein Drittel des Ursprungsgewichts und darüber hinaus wurden einige Eigenschaften verbessert.

Weitere Informationen 3D-Metalldruck

Einsätze in Sandwich-Strukturen

Diese Einsätze werden normalerweise als Montagepunkte zur Befestigung von Geräten an Satelliten verwendet. Auf sie wirkt häufig eine hohe Last, denn sie tragen große und schwere Strukturen. Das heißt, die müssen ein hervorragendes Stärke-Gewicht-Verhältnis aufweisen: Dieses Teil muss bei minimalem Gewicht über eine hohe spezifische Stärke und Festigkeit verfügen.

Herkömmliche Einsätze bestehen aus Aluminium oder Titan in ziegelähnlicher Form und werden maschinell gefertigt. Sie sind häufig vollständig gefüllt, sodass Masse und Kosten hoch sind. Neben den Materialkosten erhöhen schwere Komponenten auch bei jedem Start die Betriebskosten für das Raumfahrzeug.

3D-Metalldruck beseitigt diese Hindernisse jedoch – und ermöglicht gleichzeitig den Einsatz eben dieser Materialien, Aluminium und Titan.

Designoptimierung mit additiver Fertigung

Die Konstrukteure standen vor der Herausforderung, traditionelle Konzepte zu verbessern. Das Design musste von der Konzeptionsphase bis zur Fertigung die Anforderungen der Raumfahrt erfüllen. Das Know-how von Atos in der Luft- und Raumfahrt und bei Struktursimulationen hat dazu beigetragen, die Außenseite und das Innere der neuen Komponente zu entwerfen sowie deren Gesamtleistung zu verbessern.

Mit additiver Fertigung kann der Innenraum der Objekte ausgehöhlt oder mit leichten Strukturen konstruiert werden, sodass Material nur dort verwendet wird, wo es wirklich nötig ist. Zunächst reduzierten die Ingenieure von Materialise und Atos die Materialnutzung im Inneren des Teils. Beide Unternehmen verwendeten moderne Techniken für Topologie-Optimierung und des Designs von Gitterstrukturen, um die Masse des Einsatzes von 1454 Gramm auf 500 Gramm zu senken.

Mit additiver Fertigung kann der Innenraum der Objekte ausgehöhlt oder mit leichten Strukturen konstruiert werden, sodass Material nur dort verwendet wird, wo es wirklich nötig ist. Zunächst reduzierten die Ingenieure von Materialise und Atos die Materialnutzung im Inneren des Teils. Beide Unternehmen verwendeten moderne Techniken für Topologie-Optimierung und des Designs von Gitterstrukturen, um die Masse des Einsatzes von 1454 Gramm auf 500 Gramm zu senken.

Mit dem neuen Design wurden zwei Einsätze in Titan (TiAl6V4) im 3D-Metalldruckwerk von Materialise in Bremen gefertigt. Das Werk ist das Kompetenzzentrum von Materialise für 3D-Metalldruck, sowohl in Produktion als auch in Softwareentwicklung. Bei Projekten wie diesem konnte es sein fortschrittliches Fertigungsangebot unter Beweis stellen. Auch 3D-Metalldruck hat sein unglaubliches Potenzial für die Luft- und Raumfahrt bereits unter Beweis gestellt, denn da keine vorherige Bearbeitung erforderlich ist, erzielt die Technologie hervorragende Produktionszeiten.

„Durch die Gewichtsreduzierung können mehr nützliche Geräte in Satelliten verwendet werden und es werden erhebliche Kosteneinsparungen beim Start erzielt“, so Marta García-Cosío, Leiterin der mechanischen Fertigung bei Atos in Spanien. „Wir sind stolz auf diese Innovation. Durch die Herstellung dieses komplexen Produkts aus Metall mit additiver Fertigung in so kurzer Zeit positionieren sich Atos und Materialise an der Spitze des 3D-Metalldrucks.“

Mit diesem erfolgreichen Projekt und der zugrundeliegenden Forschung sind wir bereit, die Implementierung additiv gefertigter Metallkomponenten für die Luft- und Raumfahrt zu steigern.