Die wichtigsten 3D-Druckmaterialien für Funktionsprototypen in der Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden Bauteile benötigt, die hohen Anforderungen genügen und gleichzeitig ein geringes Gewicht und eine außergewöhnliche Leistung unter extremen thermischen und mechanischen Belastungen aufweisen müssen. Die Entwicklung von 3D-Druckmaterialien hat sich als ein wesentliches Element erwiesen, das die Erstellung erfolgreicher und wirtschaftlicher Funktionsprototypen ermöglicht. Der Bereich der Konstruktions- und Fertigungsverfahren in der Luft- und Raumfahrt hat dank der additiven Fertigung eine neue Phase erreicht, die es den Unternehmen ermöglicht, ihre aerodynamischen Produkte zu testen und ihre strukturelle Stärke zu bewerten.

Der industrielle 3D-Druck hat durch die Entwicklung leistungsfähiger neuer Polymere und Metalllegierungen, die von Ingenieuren für die Konstruktion in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, neue Höhen erreicht. Wählen Sie die richtigen Materialien für Ihr Projekt aus, denn die in Ihrem Projekt verwendeten Materialien bestimmen, wie gut Ihre Prototypen unter verschiedenen Testbedingungen funktionieren. In diesem Blog werden drei wichtige Materialien für den 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt untersucht, die von Fachleuten der Luftfahrtindustrie für ihre Betriebstests verwendet werden, und es wird erklärt, was diese Materialien auszeichnet.

Warum die Materialauswahl beim Prototyping in der Luft- und Raumfahrt wichtig ist

Funktionsprototypen für die Luft- und Raumfahrt verwenden fortschrittlichere Testmethoden als visuelle Modelle. Die Systeme müssen mechanischen Belastungen, Vibrationen, thermischen Bedingungen und chemischen Einflüssen standhalten. Die richtigen 3D-Druckmaterialien für Luft- und Raumfahrtanwendungen helfen Herstellern bei der Herstellung von Turbinenteilen und leichtgewichtigen Halterungen, weil sie Folgendes bieten.

• Das Material weist ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf

• Das Material bietet thermische Isolierung

• das Material seine ursprüngliche Form beibehält

• Das Material kann mehrere Belastungszyklen aushalten, ohne zu versagen.

• Das Material erfüllt alle Anforderungen der Luft- und Raumfahrtnormen

Der 3D-Druckprozess für Prototypen in der Luft- und Raumfahrt erfordert die richtige Materialauswahl, da sie sowohl die Systemgenauigkeit als auch die Systemzuverlässigkeit bestimmt, was zu weniger Konstruktionsänderungen und schnelleren Produkttestverfahren führt.

1. PEEK (Polyetheretherketon)

Der thermoplastische Werkstoff PEEK ist ein fortschrittlicher Hochleistungsthermoplast, der von Ingenieuren bei der Herstellung von Prototypen für die Luft- und Raumfahrt verwendet wird. PEEK bietet eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und thermische Stabilität und eignet sich daher für die Herstellung funktioneller Komponenten, die extremen Betriebsbedingungen standhalten müssen.

Wichtigste Vorteile:

• Dauergebrauchstemperatur bis zu 250°C

• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit

• Hohe Zugfestigkeit

• Leichte Alternative zu Metall

3D-Drucker für die Luft- und Raumfahrt verwenden in der Regel PEEK-Material für die Herstellung von Innenraumkomponenten, Kabelisolierungsteilen und strukturellen Halterungen für Flugzeuge. Das Material ist flammhemmend und beständig gegen Luftfahrtflüssigkeiten, so dass es sich für Tests als Ersatz für herkömmliche Metallkomponenten eignet.

Der Beitrag von PEEK zur Gewichtsreduzierung liegt nicht nur in der Beibehaltung der strukturellen Festigkeit, sondern auch darin, dass diese nicht um jeden Preis geopfert werden muss (was in der Luft- und Raumfahrttechnik entscheidend ist).

2. ULTEM (PEI - Polyetherimid)

ULTEM wurde von Wissenschaftlern als hochleistungsfähiges thermoplastisches Material entwickelt, das in der Luft- und Raumfahrt verwendet wird und nun auch im industriellen 3D-Druck als primäres Druckmaterial zum Einsatz kommt. Das Produkt bietet eine hervorragende Kombination aus mechanischer Festigkeit und Flammschutz, die den Industriestandards entspricht.

Warum ULTEM bevorzugt wird:

• Die Festigkeit des Objekts ist sehr gut im Verhältnis zum Gewicht.

• Das Material erfüllt alle Anforderungen für Flamm-, Rauch- und Toxizitätstests (FST)

• Das Material weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Stoßkräfte auf

• Das Material behält seine ursprünglichen Abmessungen bei, wenn es Druck ausgesetzt wird.

ULTEM dient als Standardwerkstoff für die Herstellung von Kabineninnenteilen und -kanälen sowie von Gehäuseeinheiten und elektrischen Schaltschränken. Das Material ist von großer Bedeutung für die Entwicklung von Funktionsprototypen, die nach den strengen Sicherheitsvorschriften der Luft- und Raumfahrt getestet werden müssen.

Ingenieure können durch die Verwendung von ULTEM im 3D-Druck für Prototypen in der Luft- und Raumfahrt die tatsächlichen Leistungsbedingungen bewerten, ohne Geld für teure Ausrüstung oder groß angelegte Fertigungsprozesse ausgeben zu müssen.

3. Titan-Legierungen (Ti-6Al-4V)

Eines der wichtigsten Materialien im 3D-Druck für Anwendungen, die eine hohe Wärmetoleranz und außergewöhnliche Festigkeit erfordern, ist eine Titanlegierung für die Luft- und Raumfahrt. Additive Fertigungstechniken wie das selektive Laserschmelzen (SLM) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) haben die Herstellung komplexer Titanbauteile mit geringerem Materialabfall ermöglicht.

Die wichtigsten Vorteile:

• Es hat nachweislich einzigartig leichte und dauerhafte Eigenschaften.

• Das Material bietet einen außergewöhnlichen Schutz gegen Korrosion.

• Es ist ermüdungsbeständig in einem solchen Kontext.

• Das Material kann extremen Temperaturbedingungen standhalten.

Titanlegierungen werden in der gesamten Luft- und Raumfahrt eingesetzt, darunter für strukturelle Halterungen und Triebwerkskomponenten sowie für Flugzeugprototypen. Beim 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt ermöglicht Titan eine Topologieoptimierung, die es den Ingenieuren ermöglicht, leichte und dennoch hochbelastbare Teile mit komplizierten Innengeometrien zu entwerfen.

Die mechanische Prüfung von Titanbauteilen für das funktionale Prototyping schafft Testbedingungen, die die Leistung der tatsächlichen Produktionskomponenten genau wiedergeben. Dieser Prozess liefert wichtige Validierungsdaten, die Unternehmen benötigen, bevor sie mit der Serienfertigung beginnen.

Weitere aufstrebende Materialien

Für den dreidimensionalen Druck in der Luft- und Raumfahrt werden neben PEEK ULTEM und Titan weitere Materialien benötigt. Die folgenden Materialien wurden für 3D-Druckanwendungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt:

• Nylon (PA12) mit Kohlefaserverstärkung für leichte Strukturbauteile

• Flugzeugtests und Wärmetauscher erfordern Aluminiumlegierungen

• Hochtemperaturharze für Windkanalmodelle und aerodynamische Tests

Diese Materialien erweitern die Möglichkeiten des industriellen 3D-Drucks und ermöglichen es den Ingenieuren der Luft- und Raumfahrtindustrie, schnell neue Designvarianten zu entwickeln.

Vorteile der Verwendung moderner 3D-Druckmaterialien in der Luft- und Raumfahrt

1. Der Zeitaufwand für die Entwicklungsarbeit wurde verringert.

Die additive Fertigung ermöglicht die schnelle Erstellung von Prototypen, da keine komplizierten Produktionsanlagen erforderlich sind, was den Designprozess beschleunigt.

2. Kosteneffizienz

Die F&E-Ausgaben sinken, da funktionale Prototypen ohne teure Formen oder Bearbeitungsmaschinen hergestellt werden können.

3. Flexibilität bei der Gestaltung

Das Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien mit internen Kanälen und leichten Gitterstrukturen, ohne dass zusätzliche Montagearbeiten erforderlich sind.

4. Verbesserte Prüfgenauigkeit

Prototypen erzielen bessere Validierungsergebnisse, da sie mit Hilfe von Hochleistungsmaterialien die tatsächlichen Endverwendungsbedingungen simulieren können.

Luft- und Raumfahrtunternehmen verwenden fortschrittliche 3D-Druckmaterialien, um neue Produkte unter strikter Einhaltung von Sicherheitsvorschriften und Leistungsanforderungen zu entwickeln.

Wie man das richtige Material für Luft- und Raumfahrtprototypen auswählt

Die Auswahl des Materials hängt von den folgenden Faktoren ab:

• Belastungstoleranzen

• Ein breiter Bereich von Betriebstemperaturen

• Gewichtsbeschränkungen

• Regulatorische Beschränkungen

• Kostenbeschränkungen

• Metall ist am besten geeignet (normalerweise Titan) für Strukturkomponenten

Das bedeutet, dass Hochleistungsthermoplaste wie PEEK oder ULTEM z. B. für den Innenraum oder nicht tragende Komponenten verwendet werden können, die die erforderliche Festigkeit bei geringerem Gewicht bieten.

Ein klares Verständnis der Leistungsanforderungen leitet den 3D-Druck des Luft- und Raumfahrtprototyps, um Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Die Zukunft der Materialien für den 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt

Forscher entdecken neue Verbundwerkstoffe und Hochtemperaturpolymere, die die Möglichkeiten des 3D-Drucks im Freien für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt verbessern. Die Materialwissenschaft hat Fortschritte bei der Entwicklung von Bauteilen mit verbesserten Eigenschaften in Bezug auf Gewicht, Festigkeit und Wärmebeständigkeit erzielt.

Die Industrie erreicht eine bessere Produktionseffizienz und weniger Materialabfall durch den Einsatz von recycelbaren Polymeren und optimierten Metallpulvern, die für die Hersteller, die heute auf Nachhaltigkeit Wert legen, wichtig geworden sind. Die Kombination von hochmodernen industriellen 3D-Drucksystemen mit Materialien der nächsten Generation wird die Innovation in der Luft- und Raumfahrt vorantreiben, indem sie eine schnellere Entwicklung von Flugzeugen und verbesserte Einsatzmöglichkeiten ermöglicht.

Schlussfolgerung

Die Auswahl geeigneter 3D-Druckmaterialien ist nach wie vor von entscheidender Bedeutung für die Erstellung von Prototypen für die Luft- und Raumfahrt, die präzise Standards erfüllen und gleichzeitig überragende Leistungsmerkmale aufweisen. Die fortschrittlichen Polymere PEEK und ULTEM bilden zusammen mit Titanlegierungen Werkstoffe, die die notwendige Festigkeit, das geringe Gewicht und die thermische Beständigkeit bieten, um extremen Bedingungen in der Luft- und Raumfahrt standzuhalten. Die Entwicklung der industriellen 3D-Drucktechnologie ermöglicht es Unternehmen, durch ihre Investition in geeignete Materiallösungen eine schnellere Produktentwicklung und präzisere Testergebnisse zu erzielen.

Wenn Sie Ihren 3D-Druck für Prototypen für die Luft- und Raumfahrt mit zuverlässigen, leistungsstarken Materialien optimieren möchten, bietet Norck präzisionsgesteuerte additive Fertigungslösungen, die auf die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt zugeschnitten sind. Unser Fachwissen über fortschrittliche 3D-Druck-Materialtechnologien für die Luft- und Raumfahrt gewährleistet funktionale Prototypen, die strenge Qualitäts- und Leistungsstandards erfüllen. Wenden Sie sich noch heute an Norck, um Ihre Konzepte für die Luft- und Raumfahrt mit modernsten additiven Fertigungslösungen in validierte, produktionsreife Komponenten zu verwandeln.