Schneller Teileaustausch. Bereit zum Abheben?

Als weltweit anerkannter Marktführer in der Forschung, Entwicklung und dem Transfer von Technologien führt das University of Dayton Research Institute (UDRI) unter dem Thema "Emerging Process Technology for Low Criticality Part Families" eines von drei prämierten MAMLS-Projekten von America Makes durch. Konkret erforscht das UDRI das Thema "Rapid Part Replacement via Digital Light Processing" – ein additives Fertigungsverfahren, das durch die Figure-Technologie von 3D Systems ermöglicht wird. Zu den Teilen mit geringer Kritikalität, die im Rahmen dieser Studie berücksichtigt werden, gehören elektrische Stecker, Schalter, Elastomer-Tüllen und Abstandshalter, die jeweils einen funktionalen Zweck an Bord von Flugzeugen erfüllen.

Sowohl UDRI als auch 3D Systems waren außerdem an den Phasen 1 und 2 des MAMLS-Programms beteiligt. Hierbei lag der Schwerpunkt ebenfalls auf der Instandhaltung, jedoch unter Berücksichtigung anderer Kernthemen. Obwohl jedes Projekt unabhängig von den anderen war, legten die vorangegangenen Phasen den Grundstein für den unverzüglichen Übergang in die dritte Phase. Außerdem konnten UDRI und 3D Systems ein praktisches Verständnis dazu entwickeln, wie die ALC arbeiten und wie die Anforderungen aussehen. Die Phasen 1 und 2 trugen außerdem dazu bei, die betriebswirtschaftliche Begründung für die additive Fertigung verschiedener Teile zu ermitteln. Sie zeigten, was leicht beschafft werden kann und was nicht und wo der Einsatz der additiven Fertigung sinnvoll ist.

Bei älteren Flugzeugen macht die additive Fertigung wirtschaftlich gesehen Sinn, wenn die Teile aufgrund einer veralteten Produktion, hoher Objektkosten, geringer Stückzahlanforderungen, Nichtverfügbarkeit von Originalwerkzeugen, schlechter Dokumentation oder anderer Herausforderungen in Bezug auf die Verfügbarkeit nicht mehr produziert werden. Die Geschwindigkeit, mit der Teile durch neue Technologien wie Figure 4 ersetzt werden können, bietet Behörden wie der U.S. Air Force die Möglichkeit, strategische Instandhaltungsinitiativen voranzutreiben. In den nächsten zwei Jahren dieses Forschungsprojekts werden UDRI und seine Partner herausfinden, wo Figure 4 im Rahmen der Instandhaltung von Flugzeugen eingesetzt werden kann.

Figure 4 von 3D Systems ist ein modularer Fertigungsprozess, der eine berührungslose Membran in Kombination mit einer projektorbasierten Bildgebung verwendet. Im Gegensatz zu werkzeugpfadbasierten additiven Fertigungstechnologien fertigt Figure 4 einen gesamten Bauteilquerschnitt mit einer einzigen Projektion, wobei eine feine Auflösung, glatte Oberflächen, reaktive Produktionsmaterialchemien und hohe Druckgeschwindigkeiten erhalten bleiben. Figure 4 bietet außerdem eine Six-Sigma-Wiederholbarkeit (C_pk > 2) für alle Figure 4-Materialien und ist damit die am besten für die Fertigung geeignete 3D-Drucktechnologie auf dem Markt.

Neben der geometrischen Genauigkeit sind die Druckgeschwindigkeit und die Eignung des Materials entscheidend. Die Möglichkeit, eine dauerhafte kundenspezifische Reparatur an einem einzigen Tag durchzuführen, ist sehr attraktiv. Sie erhöht die Bereitschaft und Verfügbarkeit von Flugzeugen für Einsätze am selben Tag. Bevor dies möglich ist, muss UDRI jedoch mögliche methodische Probleme identifizieren und lösen. So wird der Weg für die Nutzung der Figure 4-Technologie durch die USAF, andere Behörden des amerikanischen Verteidigungsministeriums (Department of Defense) und weitere Organisationen frei gemacht.

UDRI zeichnet sich unter anderem in den Bereichen fortschrittliche Materialien, Konstruktion, Luft-/Raumfahrttechnologien und Konstruktionsphysik aus und arbeitet mit externen Experten zusammen, um dieses Projekt so umfassend und effektiv wie möglich zu gestalten. Gemeinsam mit 3D Systems arbeitet UDRI an Protokollen für die Entwicklung, Klassifizierung und Nachbearbeitung von Materialien, um deren Leistungsfähigkeit auf die Spezifikationen für Materialien in der Luftfahrt zu übertragen und zu dokumentieren. Diese Spezifikationen reichen von mechanischen Eigenschaften und Umwelteigenschaften bis hin zu Sicherheitsstandards wie z. B. Feuerfestigkeit. 3D Systems hat die Aufgabe, UDRI durch die Bereitstellung von Materialien für die in diesem Projekt untersuchten Anwendungen zu unterstützen. Dazu werden entweder bestehende kommerzielle Photopolymere angepasst oder neue entwickelt.

Lockheed Martin und Northrop Grumman sind ebenfalls wichtige Kooperationspartner und werden strenge Inspektionen an den Testteilen von UDRI durchführen, um die Ergebnisse zu validieren. Um die Teile auf die Einhaltung der Industriestandards zu prüfen, berücksichtigt UDRI alle militärischen Spezifikationen sowie ALC- und OEM-Partner-Qualifikationen. Laut Dr. Timothy Osborn, Group Leader for Additive Manufacturing Technology Development bei UDRI, stellt diese Kooperation die passende Testmatrix dar, um die Forschungsergebnisse schneller in die praktische Anwendung zu überführen als andere Programme.

Die erste Aufgabe des Programms besteht darin, die spezifischen Teile zu identifizieren, die getestet werden sollen, und die entsprechenden Materialanforderungen für diese Teile zu skizzieren. Unter Verwendung eines Creaform HandyScan-Scanners und einer Reverse-Engineering-Software wird UDRI die Teile mit einem 3D-Scan-to-CAD-Workflow digitalisieren und die Dateien für den Druck vorbereiten. Sobald die Teile gedruckt sind, werden die Materialtests beginnen. Dr. Osborn geht davon aus, dass die Studie nach etwa sechs Monaten gute Daten liefern wird, die nach Abschluss des Projekts in einem Abschlussbericht und einer Empfehlung an die Air Force münden werden.

Es gibt derzeit eine Reihe von Unbekannten in Bezug auf die Figure 4-Technologien für diese Anwendungen. Die Geschwindigkeit und die geometrischen Toleranzen dieser Technologie sind jedoch vielversprechend. UDRI und seine Partner möchten über das Programm die wissenschaftlichen Grundlagen schaffen, die für einen schnellen Teileaustausch erforderlich sind.

Zur Veröffentlichung freigegeben. Fallnummer: 88ABW-2018-5721

Die Instandhaltung bei der United States Air Force (USAF) wird immer schwieriger, da eine große Anzahl von veralteten Flugzeugen, Systemen und Geräten immer älter wird. Die Bewältigung dieser Aufgabe erfordert schnelle, zuverlässige und dauerhafte Wartungslösungen. Führende Unternehmen der Branche und Forscher richten ihren Blick über die konventionellen Instandhaltungslösungen hinaus auf die Möglichkeiten neuer Technologien. Der schnelle Austausch von Teilen mithilfe der additiven Fertigung von 3D Systems für einen bedarfsorientierten Bestand ist eine überzeugende Lösung, die derzeit ernsthaft geprüft wird.

America Makes, der landesweit führende Kooperationspartner für Forschung, Untersuchung, Entwicklung und Innovation im Bereich der additiven Fertigung und 3D-Druck, leitet eine Initiative zur Bestimmung und Prüfung neuer Instandhaltungsoptionen. Im Rahmen des "Maturation of Advanced Manufacturing for Low-Cost Sustainment"-Programms (MAMLS) befindet sich America Makes nun in Phase 3 eines Projektauftrags für angewandte Forschungs- und Entwicklungsprogramme zur Verbesserung der Effizienz in der Fertigung, sowie für Air Logistics Complexes (ALCs) zur Sicherstellung der strategischen Einsatzbereitschaft der USAF.