Werden 3D-gedruckte Flugzeuge bald Realität?

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Da die Luftfahrtindustrie weiterhin mit steigenden Kosten und der Frage der langfristigen Umweltverträglichkeit zu kämpfen hat, gibt es möglicherweise eine Option, die bei beiden Problemen helfen kann. Der 3D-Druck von Flugzeugteilen ist bereits Realität und trägt nicht nur zur Reduzierung von Emissionen bei, sondern stellt auch eine kostengünstigere Alternative zur konventionellen Fertigung dar. Tatsächlich sagt Boeing, dass es durch die Verwendung von 3D-gedruckten Teilen 3 Millionen US-Dollar pro Flugzeug einspart.

Derzeit beschränkt sich der 3D-Druck im Allgemeinen auf die Prototypenerstellung und die Herstellung weniger wesentlicher Teile, aber mit der rasch fortschreitenden Technologie könnte sich das ändern. Eines Tages werden wir vielleicht sogar sehen, wie einige der wichtigsten Teile von Flugzeugen auf diese Weise hergestellt werden, einschließlich wichtiger Triebwerkskomponenten.

Doch welche Auswirkungen könnte der 3D-Druck auf sicherheitskritische Hardware und Systeme haben? Und wie verändert die Einstellung zum Einsatz von 3D-Druck am Fließband die Luftfahrtindustrie insgesamt?

Die Vorteile der Verwendung von 3D-gedruckten Teilen in Flugzeugen beschränken sich nicht nur auf Kosteneinsparungen. Darüber hinaus gibt es verbesserte Prototyping-Fähigkeiten, eine schnellere und präzisere Fertigung und einen geringeren CO2-Fußabdruck.

Beginnen wir mit dem Prototyping. Die Erstellung von Prototypen mit 3D-gedruckten Teilen spart Tausende von Stunden Arbeitszeit, da ein neuer Prototyp oder ein neues Modell in wenigen Minuten gedruckt werden kann, anstatt über Tage oder Wochen erstellt zu werden. Im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung lassen sich beim 3D-Druck auch problemlos Änderungen vornehmen, da Sie schnell einen kostengünstigen Prototyp aus einem günstigeren Material erstellen und anzeigen können. Mit anderen Worten: Sie können sehen, wie ein Flugzeugteil aussehen wird, und es für aerodynamische Tests und Analysen in einem leichteren, kostengünstigeren Material als das Endprodukt verwenden und Anpassungen vornehmen, bevor Sie in eine vollwertige Metallkomponente investieren.

Der 3D-Druck hat auch die Fertigung schneller und präziser gemacht, insbesondere im Bereich der Vorrichtungen, die den Fertigungsprozess unterstützen. Um den Spielraum für Änderungen und Fehler von einem Teil zum anderen zu verringern, müssen Teile, die in traditioneller Fertigung hergestellt werden, während der Bearbeitung durch Vorrichtungen wie Metallstifte an Ort und Stelle gehalten werden. Doch die Zeit, die für die Herstellung Tausender Vorrichtungen benötigt wird, oder die Kosten für deren Anschaffung sind für traditionelle Hersteller eine ständige Herausforderung. Im Gegensatz dazu ermöglicht der 3D-Druck den Herstellern die Herstellung Tausender Vorrichtungen zu nur 40 Prozent der Kosten und des Aufwands, die die herkömmliche Fertigung erfordert.

Schließlich bedeutet die Einsparung von Zeit und Aufwand bei der Prototypenerstellung und Fertigung, dass mehr Teile mit weniger Energie und Abfall hergestellt werden können. Da Herstellung und Produktion über ein Fünftel der gesamten CO2-Emissionen der Welt verursachen, sollte die Priorisierung einer nachhaltigeren Fertigung eine Selbstverständlichkeit sein. Durch den 3D-Druck könnte der Materialverbrauch um bis zu 90 Prozent gesenkt werden. Das führt zu einem deutlich geringeren CO2-Fußabdruck.

Dennoch gibt es beim 3D-Druck aufgrund der Funktionsweise des Prozesses einige Sicherheitsbedenken. Beim 3D-Druck werden leichte Materialien geschichtet, um Teile zu formen, anstatt die Teile aus Blöcken aus schwerem, starkem Material zu schneiden. Der Schichtungsprozess hat häufig zu schwächeren, poröseren oder zerbrechlicheren Endprodukten geführt. Aufgrund der strengen Hardware-Zertifizierungsanforderungen zögerte die FAA zunächst, 3D-gedruckte Teile zu zertifizieren, bei denen die Wahrscheinlichkeit größer war, dass sie brachen oder beschädigt wurden, als bei Teilen, die mit herkömmlicher Fertigung hergestellt wurden. Da neue Technologien nun endlich den 3D-Druck von Titan ermöglichen, sind die Materialien und damit das Endprodukt stärker als je zuvor, und es ist wahrscheinlich, dass die Zertifizierung in Zukunft schneller erfolgen könnte.

Schließlich sind die Sicherheitsprotokolle und -vorschriften für 3D-gedruckte Flugzeuge und deren Teile umfassend genug, um sicherzustellen, dass alle 3D-gedruckten Materialien, die in Flugzeugen landen, die Sicherheit nicht beeinträchtigen. DO-254 und verwandte Standards für Luftfahrthardware erfordern bereits ein umfassendes Maß an Tests und Qualitätssicherung, was dazu beiträgt, sicherzustellen, dass der 3D-Druck entweder nur für Teile gilt, die nicht sicherheitskritisch sind, oder dass genügend Kontrollen und Tests erforderlich sind, um Menschen und Sicherheit zu gewährleisten Flugzeugsicher.

Der 3D-Druck ist nur ein kleiner Aspekt der Veränderungen in der Avionik. Aber die Einstellung zum 3D-Druck könnte dazu beitragen, ein völlig neues System des Flugverkehrs zu verwirklichen und die Art und Weise zu verändern, wie Flugzeughersteller über Compliance und Zertifizierung denken.

Besserer 3D-Druck könnte dazu beitragen, einige der aktuellen Herausforderungen in der Lieferkette für den Flugzeugbau zu bewältigen. Als solches könnte es dazu beitragen, Urban Air Mobility (UAM) voranzutreiben. UAM ist das Konzept, dass wir eines Tages alle Flugtaxis anstelle oder zusätzlich zu herkömmlichen Autos nutzen könnten. Aber damit UAM funktioniert, brauchen wir viel mehr Kleinflugzeuge. 3D-Druck könnte diesen Prozess erleichtern.

Beispielsweise sind vertikal startende und landende Flugzeuge (VTOLs) eine wichtige Technologie für UAM, da sie keine großen Start- und Landebahnen benötigen und problemlos in geringer Höhe fliegen können. Entwickler arbeiten derzeit an 3D-gedruckten Teilen für diese Flugzeuge. Tatsächlich erhob sich erst in diesem Monat ein neuer VTOL-Flugzeugprototyp von Horizon Aircraft mit fast 800 3D-gedruckten Teilen in die Lüfte.

Und so wie der 3D-Druck in Zukunft einen Bausteine-Ansatz für die Herstellung von Flugzeugen ermöglichen könnte, beobachten wir auch, dass die Branche eine Art „Fließband“-Denkweise annimmt, wenn es sowohl um Software- und Hardware-Compliance als auch um Zertifizierungsbausteine ​​in der Avionik geht .

Vorlagen sind beispielsweise ein wesentlicher Baustein für Compliance und Zertifizierung, da sie es Herstellern und Flugzeugentwicklern ermöglichen, neue Designs effizient und wiederholbar zu zertifizieren. So wie der 3D-Druck einen auf Bausteinen basierenden Ansatz für die Prototypenerstellung und Herstellung von Teilen bietet, gibt es verschiedene Arten von Vorlagen, die als Bausteine ​​dafür dienen können, wie Unternehmen neue Flugzeuge entwerfen, herstellen und entwickeln und die Einhaltung von Standards wie DO sicherstellen. 178C für Software, DO-254 für Hardware und andere.

Es wird spannend zu sehen sein, wie der 3D-Druck weiterhin zur Entwicklung moderner Technologien und Prozesse in der Luftfahrt und anderswo beitragen wird. Vielleicht fliegen Sie eines Tages in einem Flugzeug, das zu 100 % 3D-gedruckt ist, und vielleicht wird Ihnen eines Tages ein Lufttaxi so vertraut sein wie heute ein Uber.

Über den Autor

Vance Hilderman ist der Hauptgründer/CTO von drei der weltweit bedeutendsten Luftfahrtentwicklungs-/Zertifizierungsunternehmen, darunter TekSci, HighRely und AFuzion. Hilderman hat über 31.000 Ingenieure in über 700 Luftfahrtunternehmen und über 30 Ländern ausgebildet. Sein geistiges Eigentum wird von 70 % der 300 weltweit führenden Luftfahrt- und Systementwickler genutzt, und er hat in den letzten 35 Jahren über 500 der weltweit führenden Luftfahrtingenieure bei über 300 Projekten beschäftigt und persönlich geleitet. Die Lösungen von AFuzion sind in 90 % der Flugzeuge enthalten, die in den letzten drei Jahrzehnten entwickelt wurden. Sein neuestes Buch, Aviation Development Ecosystem, landete auf Platz 1 der Bestsellerliste in der Kategorie Luftfahrt.

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