Leichtbautechnologien für die Luft- und Raumfahrt

Hochleistungsbauteile aus Sonderwerkstoffen

Hochfeste und dennoch leichte Bauteile sind die Grundvoraussetzung für Anwendungsfelder in der Luft- und Raumfahrtbranche. Wir unterstützen Unternehmen dieser Branche mit qualifizierten Produktionstechnologien für sicherheitsrelevante und hochbeanspruchte Bauteile. Das Fraunhofer IPT widmet sich gezielt der Optimierung des Fertigungsprozesses und die Entwicklung von Prozessketten zur Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen für die Luft- und Raumfahrtbranche.

System- und Prozessentwicklung für die Tape-/Prepreg-Verarbeitung

Ein Schwerpunkt unserer Forschungsaktivitäten liegt auf der Entwicklung und Optimierung von Produktionsanlagen zum Tapelegen, Prepreg- und Fiber-Placement und Wickeln. Die am Fraunhofer IPT entwickelten laser-unterstützten automatisierten Tapelege-system (sog. ATL-Systeme) ermöglichen die Verarbeitung jeglicher Polymers wie zum Beispiel hochschmelzende Matrixwerkstoffe wie PEEK; PEKK oder PEI. Durch die Verwendung eines Lasers als Energiequelle können extrem hohe Prozessgeschwindigkeiten mit einer in-situ Konsolidierung erreicht werden.

Das Fraunhofer IPT kann jegliche material- und anwendungsspezifische Änderungen an den Systemen realisieren und erlauben eine tiefgreifende Untersuchung unterschiedlichster Parameter in der Tapeverarbeitung.

Zerspanung von Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Für die Luft- und Raumfahrt entwickeln und optimieren wir insbesondere die Fräs- und Bohrbearbeitung von hoch-festen kohlenstofffaserverstärkten Werkstoffen (CFK) mit einem Faservolumengehalt größer 60%, wobei in den meisten Fällen Epoxidharz- oder PEEK-Matrizes zum Einsatz kommen. Darüber hinaus steht auch die Optimierung der Bohrbearbeitung für Faserverbundwerkstoff-Metall-Schichtverbunde (Schichtweiser Verbund zwischen CFK und unterschiedlichen Aluminium- und/oder Titanlegierungen) im Fokus der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten.

Die endkonturnahe Herstellung von Bauteilen aus faserbasierten Leichtbauwerkstoffen erfordert in den meisten Fällen einen nachgelagerten Bearbeitungsprozess. Erst mit der finalen Bearbeitung wird die endgültige Bauteilkontur erzeugt. Das spanabhebende Verfahren stellt nach aktuellem Stand der Technik das wichtigste Endbearbeitungsverfahren für Verbundwerkstoffe dar.

Das Fraunhofer IPT hat in vielen Forschungs- und Industrieprojekten zur Zerspantechnologie umfassendes Technologiewissen und ausgeprägte Systemkompetenz erworben. Zusammen mit einem einzigartigen Maschinenpark bildet dies die Voraussetzung dafür, auch in Zukunft weitere Forschungs- und Entwicklungsprojekte ganzheitlich und zielgerichtet zu bearbeiten – von der Entwicklung und Optimierung der Prozesse über die Technologie-Beratung bis hin zur Prototypenfertigung.

Der Schwerpunkt unserer Forschungsaktivitäten im Bereich der Leichtbauproduktion liegt in der Entwicklung wirtschaftlicher Endbearbeitungsverfahren für moderne Leichtbauwerkstoffe. Nutzen Sie unsere Erfahrung! Gerne beraten wir Sie bei Fragen rund um die Zerspantechnologie.

 

Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen mit dem Wasserstrahl

Die Wasserstrahltechnologie bietet, neben den Vorteilen »kalter Schnitt« und hohes Trennvermögen, ein erhebliches Einsparpotenzial bei der Integration in bestehende Prozessketten. So können selbst bei konventionell schwer zerspanbaren Hochleistungswerkstoffen in einem Prozessschritt größere Geometriesegmente herausgeschnitten und somit Werkzeugkosten durch die Substitution konventioneller Schruppbearbeitung durch Fräsen reduziert werden. Eine mögliche Nachbearbeitung  der Bauteile kann wiederum konventionell erfolgen. Am Anwendungsbeispiel der BLISK-Herstellung konnte nachweislich gezeigt werden, dass durch die Integration der Wasserstrahltechnologie mindestens 50% der Herstellungskosten eingespart werden können. Eine stetige Weiterentwicklung, sowohl des Verfahrens als auch der Anlagentechnik,  ermöglicht somit eine interessante Alternative zu bisherigen Fertigungsverfahren, insbesondere für schwer bearbeitbare Werkstoffe.

Strukturüberwachung von Leichtbaukomponenten

Strukturveränderungen innerhalb von Leichtbaukomponenten zu messen war lange Zeit nur mit Ultraschall- oder tomografischen Verfahren möglich. Dabei spielen intakte Strukturen in vielen Bereichen der Industrie und sogar im Alltag eine oft lebenswichtige Rolle: Verborgene Defekte und unsichtbare Schäden gilt es frühzeitig aufzuspüren, um ein plötzliches Bauteilversagen und damit schwere Unfälle zu vermeiden.

Mit der optischen Frequenzbereichsreflektometrie lassen sich anhand optischer Fasern, die von Beginn an in CFK-Bauteile mit komplexen Geometrien und Faserlagen integriert werden, innere und äußere Schäden aufspüren. Die Messung von Dehnungs- und Temperaturänderungen unter der Oberfläche in kurzen, mittleren und langen Zeiträumen erlaubt es dann, unter realen Bedingungen ein Verständnis der Belastungen und Alterungserscheinungen der Struktur zu gewinnen und die Bauteile auf dieser Basis grundlegend zu verbessern.

Laserstrahlhartlöten von Aluminium und Stahl

Stark fokussierte Hochleistungslaser erreichen einen lokal eng begrenzten Wärmeeintrag, der für das Fügen von Bauteilen durch Schweißen oder Löten genutzt wird. Diese Laserstrahlfügeverfahren erlauben eine exzellente Regelung, Positionsgenauigkeit und sehr hohe Prozessgeschwindigkeiten bei minimalem thermischen Verzug. Wir entwickeln Fügetechnologien zur flexiblen Bearbeitung komplexer 3D-Geometrien in verschiedensten Anwendungsgebieten, von der Technologieentwicklung bis zur Implementierung in reale Fertigungsketten.

Beratung und Management

Mit unseren Kompetenzen im Qualitäts- und Technologiemanagement beraten wir unsere Kunden bei strategischen Fragen des Technologieeinsatzes und der nachhaltigen Technologieentwicklung. Dies umfasst beispielsweise die Unterstützung bei umfassenden Risiko- und Lebenszyklusanalysen oder bei der Ausrichtung der Technologiefrüherkennung und der strategischen Technologieplanung.

Qualität und Effizienz in der Produktionsorganisation

Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt werden hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten und Prozessen gestellt. Optimale Produkt- und Prozessqualität sind hierbei eine Grundvoraussetzung. Die frühzeitige und systematische Bewertung von Produkt- und Prozessrisiken sowie die konsequente Absicherung von Entwicklungs- und Herstellungsschritten hinsichtlich möglicher Fehlerquellen ist der Schlüssel zum Erfolg.  Wir gestalten und industrialisieren Prozesse mit einem übergreifenden unternehmerischen Qualitätsverständnis und unterstützen unsere Partner in Beratungs- und Forschungsprojekten auf dem Weg zu größerer Wettbewerbsfähigkeit.

 

Technologiemanagement

Ein durchdachtes Technologiemanagement ist ein bedeutender Erfolgsfaktor für technologieorientierte Unternehmen. Wer seine Technologien kundenorientiert entwickelt, einsetzt und substituiert, kann erfolgreich seine Wettbewerbsposition aufbauen und halten. Wir beraten unsere Kunden in allen Fragen des Technologiemanagements - von der Konzeption bis hin zur inhaltlichen Ausgestaltung der Strategien, Prozesse und Methoden eines maßgeschneiderten Technologiemanagements.