3D-Druck und Sensoren für sichere und kostengünstige Flüge kombinieren
Die Luftfahrtindustrie ist aufgrund der Leichtbaueigenschaften, Festigkeit und Langlebigkeit auf moderne Verbundwerkstoffe umgestiegen. Durch die Verwendung dieser fortgeschrittenen Werkstoffe werden die Produktivität und Leistung von Flugzeugen erhöht und die Gestaltung und Fertigung kosteneffizienter Strukturen und Bauteile für Flugzeuge anspruchsvoller. Wenn derartige Herausforderungen gemeistert werden, führt das zu einer Verringerung des Gewichts und des Treibstoffverbrauchs, zu kürzeren Fertigungsabläufen und einer höheren Energieeffizienz im Flugzeugbau.
Additive Fertigung
Heutzutage bestehen viele Flugzeugteile aus 3D-gedruckten Verbundwerkstoffen. Die Einbettung von Kohlenstoffnanoröhren in den Fertigungsprozess von Einzelteilen ist für den gesamten Arbeitsablauf sehr geeignet. Eingebettete Sensoren sind ideal für hochwertige und kritische Flugzeugkomponenten oder verbundene Verfahren. Für solche Bauteile kann der 3D-Druck eine kosteneffiziente Möglichkeit zur Herstellung und Einbettung integrierter Sensorpakete bieten. Durch das EU-finanzierte Projekt DOMMINIO unterstützte Forschende konzipieren eingebettete Sensoren, die eine Echtzeitüberwachung von Flugzeugen während des Flugs möglich machen. Die 3D-gedruckten Teile, in die Fasern mit Kohlenstoffnanoröhren eingebettet sind, generieren Daten, die dann zur Überwachung des Bauteils verwendet werden können. Somit könnten die Montagekosten gesenkt und der Bedarf an vielen Kabeln zur Verbindung der Sensoren untereinander verringert werden.
Bessere vorausschauende Wartung
„Die Sensoren werden aus diesen Fasern hergestellt, die im Vergleich zu bestehenden Materialien unglaublich leicht sind und zudem sehr wenig Energie verbrauchen“, bemerkt Dr. Moisés Zarzoso, Forschungsassistent des Projektpartners IMDEA Materials Institute, Spanien, in einer auf „3DPrint.com“ veröffentlichten Pressemitteilung. „Sie sind zudem 3D-druckbar, und da diese Fasern Kohlenstoffnanoröhren enthalten, können sie problemlos in ein Bauteil aus der im Flugzeugbau sehr häufig verwendeten herkömmlichen Kohlenstofffaser integriert werden.“ Ein bedeutsamer Teilbereich des Projekts ist die Verwendung von digitalen Zwillingen. Dr. Zarzoso erklärt: „Sie werden digitale Zwillinge genannt, weil es sich um sehr genaue digitale Modelle handelt, die während des gesamten Lebenszyklus aktualisiert werden und das physische Bauteil oder die Komponente im Flugzeug in Echtzeit nachbilden. Durch den eingebetteten Sensor kann das physische Bauteil direkt mit den Fachleuten am Boden kommunizieren. Wenn ein Flugzeug während des Fluges z. B. von Hagelkörnern getroffen wird, würden Informationen über mögliche Schäden an dem Bauteil von diesem Sensor aufgezeichnet und daraufhin automatisch an seinen digitalen Zwilling gesendet. Anhand dieser Informationen werden die von uns entwickelten Simulationen das Risiko analysieren können, das ein möglicher Aufprall für die strukturelle Integrität des Bauteils mit sich bringen könnte, und seine verbleibende Nutzungsdauer bestimmen können.“ Die 3D-gedruckten Flugzeugsensoren würden in mehrfacher Hinsicht helfen, Kosten zu sparen. Dazu gehören präzisere Wartungsintervalle, die Erkennung von Problemen, bevor sie zu Flugverspätungen führen, sowie die Überprüfung und Analyse von Komponenten. Das Projekt DOMMINIO (Digital method for imprOved Manufacturing of next-generation MultIfuNctIOnal airframe parts) erarbeitet eine neuartige digitale Methodik für den Entwurf, die Fertigung und die Zertifizierung multifunktionaler und intelligenter Bauteile für Flugzeugzellen. Das Projekt endet im Juni 2024. Weitere Informationen: DOMMINIO-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
DOMMINIO, 3D-Druck, Sensor, Flugzeug, Verbundwerkstoff, Kohlenstoffnanoröhre, Flugzeugzelle, Faser mit Kohlenstoffnanoröhren, digitaler Zwilling
