In der Luft- und Raumfahrt wird die robotergestützte Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) eingesetzt, um mittelgroße bis sehr große, nahezu endformgerechte Strukturteile, maßgeschneiderte Werkzeuge und Raumfahrtkomponenten aus zertifizierten Metalllegierungen herzustellen. Durch die Kombination von Industrierobotik mit Lichtbogenauftragschweißen liefert WAAM Metallkomponenten im Meterbereich, die speziell auf anspruchsvolle Anwendungen in der Raumfahrt und bei der Bodenunterstützung zugeschnitten sind.
Die Luft- und Raumfahrttechnik ist darauf angewiesen, strukturelle Integrität und Materialeffizienz in Einklang zu bringen. Bei der konventionellen Fertigung ist es oft schwierig, massive Bauteile ohne übermäßigen Materialverschleiß oder übermäßig lange Vorlaufzeiten herzustellen. MX3D beseitigt diese Produktionsengpässe durch drei zentrale Wertversprechen, die speziell auf die Luft- und Raumfahrtbranche zugeschnitten sind:
Großbauteile in Near-Net-Shape-Bauweise: Herstellung von Bauteilen mit Abmessungen von mehreren Metern, wodurch der Rohstoffbedarf drastisch reduziert wird.
Kurze Lieferzeiten: Um die üblichen Verzögerungen beim Schmieden und Gießen zu umgehen, liefern wir kritische Konstruktionen und Bodenausrüstung innerhalb von Wochen statt Monaten.
Zertifizierte Metallurgie: Verwendung streng geprüfter Industrielegierungen, die unter kontrollierten Bedingungen aufgebracht werden, um den hohen Industriestandards gerecht zu werden.
Erfahren Sie mehr über unsere Kompetenzen im Bereich großformatigen Metall-3D-Druck .
Warum WAAM für die Luft- und Raumfahrt?
Bei der Bewertung der additiven Fertigung für die Luft- und Raumfahrt muss die richtige Technologie auf die jeweilige Strukturgröße abgestimmt werden. Herkömmliche Pulverbettfusionssysteme eignen sich gut für kleine, hochkomplexe Triebwerksinnenteile, sind jedoch durch begrenzte Bauraumgrößen und die hohen Kosten für atomisierte Pulver stark eingeschränkt.
Additive Fertigung mittels Drahtlichtbogen (WAAM) kommt zudem ohne eine einschränkende Baukammer aus (wie es beispielsweise bei unseren modularen MX3D-Systemen der Fall ist, die eine freie Raumnutzung ermöglichen) und eröffnet so einen großen Bauraum, in dem metergroße Strukturen für die Luft- und Raumfahrt sowie schwere Werkzeuge hergestellt werden können, was mit Pulverbettsystemen schlichtweg nicht möglich ist. Durch den Einsatz eines mehrachsigen Roboterarms und von standardisiertem, geprüftem und zertifiziertem Schweißdraht bietet WAAM ein äußerst wirtschaftliches und schnelles Auftragverfahren für großformatige Bauteile.
Entscheidend ist, dass WAAM das „Buy-to-Fly“-Verhältnis grundlegend verbessert. Bei der herkömmlichen subtraktiven Bearbeitung führt die Herstellung großer Luft- und Raumfahrtstrukturen aus Rohlingen zu enormem Materialverlust, was insbesondere bei hochwertigen Legierungen wie Inconel oder speziellem Luft- und Raumfahrtaluminium kostspielig ist. Die „Near-Net-Shape“-Ablagerung bei WAAM reduziert diesen Materialverlust drastisch, da vor einem abschließenden, minimalen CNC-Bearbeitungsdurchgang nur das Material gedruckt wird, das strukturell erforderlich ist.
Schließlich ist es wichtig, den technischen Anwendungsbereich ehrlich zu definieren: WAAM ist für große Strukturelemente, robuste Werkzeuge und schwere Boden- oder Weltraumausrüstung konzipiert. Es wird nicht für feinstrukturierte interne Triebwerkskapillaren oder Kompressorschaufeln eingesetzt. Durch die Konzentration auf die Effizienz großer Strukturen löst WAAM Beschaffungsengpässe dort, wo sie am schmerzhaftesten sind.
Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt
WAAM wird aktiv eingesetzt, um Herausforderungen in den Bereichen Lieferkette und Technik in verschiedenen Bereichen der Luft- und Raumfahrt zu bewältigen.
Konstruktionsteile
Bei Raumfahrtmodulen wird WAAM zur Herstellung großer, tragender Bauteile wie Innenknotenpunkte, Hochleistungshalterungen, Triebwerksaufhängungen und Strukturverbinder eingesetzt. Durch die Optimierung der Topologie dieser Bauteile können Ingenieure das Gewicht reduzieren und gleichzeitig die erforderliche Streckgrenze gewährleisten. Weitere Einblicke, wie dies zur Sicherung von Lieferketten beiträgt, finden Sie in unserem Beitrag über lokalisierte Produktion für Verteidigung und Luft- und Raumfahrt sowie WAAM für die Verteidigungsindustrie .
Werkzeuge und Vorrichtungen
Einer der unmittelbarsten und wirkungsvollsten Anwendungsbereiche für WAAM in der Luft- und Raumfahrt ist die Herstellung maßgeschneiderter Werkzeuge. Die Fertigung großer Werkzeuge für die Verbundwerkstoff-Laminierung, Montagevorrichtungen und maßgeschneiderter Bodenausrüstung ist bei Schmiede- oder Gussverfahren oft mit langen Vorlaufzeiten verbunden. WAAM ermöglicht die schnelle, bedarfsgerechte Herstellung großer Werkzeuge aus Stahl und Aluminium und beschleunigt so den gesamten Fertigungszyklus des Flugzeugs selbst.
Raumfahrt-Hardware und -Konstruktionen
Die geometrische Freiheit und das Fehlen von Größenbeschränkungen machen WAAM für Weltraumhardware äußerst attraktiv. Zu den Anwendungsbereichen zählen Satellitenrahmenkonstruktionen, die Prototypenentwicklung für Trägerraketen sowie groß angelegte Infrastrukturen für Lebensräume, die für den Einsatz außerhalb der Erde konzipiert sind.
UAV und experimentelle Flugzeugstrukturen
Bei der Entwicklung unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) und experimenteller Drohnen ist eine schnelle Iteration von entscheidender Bedeutung. In diesem Zusammenhang ermöglicht WAAM den Konstruktionsteams, große experimentelle Flugzeugstrukturen schnell zu drucken und zu testen, ohne sich auf teure, dauerhafte Formen festlegen zu müssen.
Einhaltung der Luft- und Raumfahrtnormen (Zertifizierung und Qualität)
Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erfordern eine strenge Qualitätssicherung und die strikte Einhaltung von Zertifizierungsrahmenwerken wie NASA-STD-6030. MX3D betreibt eine kontrollierte, datengesteuerte Fertigungsumgebung, die darauf ausgelegt ist, diese anspruchsvollen Sicherheitsvorschriften zu erfüllen.
Unsere robotergestützte Produktionsanlage arbeitet nach umfassenden Standards, darunter das Qualitätsmanagementsystem ISO 9001, die AWS/IIW-Schweißnormen und die DNV-Zertifizierung. Darüber hinaus verfügt MX3D über eine AM-Anlagenqualifizierung des Lloyd’s Register, was unsere Fähigkeit unter Beweis stellt, stets zertifizierte, konstruktiv einwandfreie Metallkomponenten herzustellen. Während AS9100 und spezifische EN-Normen für die Luft- und Raumfahrt eigenständige Qualifizierungswege für flugkritische Teile darstellen, bietet unsere etablierte Basis für den Schiffsbau und den Stahlbau die erforderliche metallurgische Rückverfolgbarkeit, die für die Bewertung von Werkzeugen für die Luft- und Raumfahrt sowie von Bodenausrüstung notwendig ist.
Um die innere strukturelle Integrität zu gewährleisten, wenden wir umfassende Prüfverfahren an. Erfahren Sie mehr über unseren Ansatz bei der zerstörungsfreie Prüfung von WAAM-Bauteilen und sehen Sie sich die Qualifizierungswege in unserem Leitfaden an: Können WAAM-Teile zertifiziert werden? .
Da beim WAAM-Verfahren eine charakteristische gerippte Oberfläche entsteht, werden die Endtoleranzen durch die Nachbearbeitung nach dem Schweißen erreicht. Wir integrieren eine präzise digitale Planung, um diese Nachbearbeitungsschritte zu berücksichtigen. Erfahren Sie mehr über die Verwaltung von Bearbeitungszugaben bei metallischen 3D-Drucken in Near-Net-Shape-Qualität .
Werkstoffe für die Luft- und Raumfahrt WAAM
Die Materialauswahl ist für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, da die Bauteile dort extremen thermischen Belastungen und hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. MX3D konzentriert sich ausschließlich auf die Legierungen, die den Großteil der großtechnischen Anwendungsfälle im Bereich der Luft- und Raumfahrtkonstruktion sowie des Werkzeugbaus abdecken, um insbesondere eine optimale Prozessstabilität und Kosteneffizienz im großen Maßstab zu gewährleisten.
Stattdessen stützt sich unser Luft- und Raumfahrtportfolio auf die folgenden bewährten Werkstoffe, wie beispielsweise mit Scandium legiertes Aluminium wie 5183+Sc und:
- Inconel und Nickel-Superlegierungen : Wir drucken Inconel 625 und 718 (UNS N06625/N07718). Diese nickelbasierten Superlegierungen zeichnen sich auch bei erhöhten Temperaturen durch eine außergewöhnlich hohe Festigkeit, strukturelle Integrität und Oxidationsbeständigkeit aus, wodurch sie sich ideal für Bauteile im Heißbereich, Abgassystemkomponenten und schwere Hitzeschilde eignen.
- 3D-Druck mit Aluminium : Wir verwenden Aluminiumdrähte in Luft- und Raumfahrtqualität, darunter die Sorten 2319 und 5356. Diese Legierungen sind entscheidend für die Herstellung von leichten Flugzeugstrukturen, UAV-Rahmen und nutzungslastempfindlicher Weltraumhardware, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ein wesentlicher technischer Faktor ist.
- 3D-Druck mit Edelstahl und HSLA: Hochfeste, niedriglegierte Stähle (HSLA) und robuste Edelstähle kommen in großem Umfang bei robusten Bodenunterstützungsgeräten, Konstruktionshalterungen und großen Werkzeugen für die Verbundwerkstoff-Laminierung zum Einsatz.
Einen vollständigen Überblick über unsere geprüften metallurgischen Daten finden Sie in unseren Material- und Zertifizierungs-Hub .
Ausgewählte Fälle
Der wichtigste Beweis für die Leistungsfähigkeit der WAAM-Technologie in der Luft- und Raumfahrtbranche sind die bereits realisierten und in der Praxis erprobten Projekte.
Der Boden des ESA-Mondhabitats
Ein Paradebeispiel für die Kompetenz von WAAM im Bereich der Weltrauminfrastruktur ist der Boden einer Mondbasis der ESA. Im Auftrag der ESA, die damit die Machbarkeit des großformatigen 3D-Drucks für den Bau außerhalb der Erde demonstrieren wollte, hat MX3D diese große Weltraumkonstruktion erfolgreich hergestellt.
Der aus 308LSi-Edelstahl gedruckte Boden des Lebensraums hat einen Durchmesser von etwa 4,5 Metern und wiegt rund 395 Kilogramm. Dieses Projekt, das in Zusammenarbeit mit SOM auf der Biennale von Venedig 2021 ausgestellt wurde, beweist, dass WAAM erfolgreich große, statisch stabile Raumarchitekturen realisieren kann, die mit Pulverbettsystemen nicht realisierbar sind.
Lesen Sie alle Details in unserem ESA-Fallbeispiel zum Bodenbelag für Mondhabitate .
Starten Sie mit uns durch
Die Umstellung Ihrer großen Werkzeuge für die Luft- und Raumfahrt, Ihrer Bodenausrüstung oder Ihrer Raumfahrtstrukturen auf WAAM erfordert einen erfahrenen Fertigungspartner. MX3D bietet flexible Wege zur Einführung dieser Technologie: Wir ermöglichen die direkte Metallteile auf Abruf aus unserem Werk in Amsterdam an, oder wir liefern schlüsselfertige Robotersysteme zur Integration in Ihre eigenen Fertigungsanlagen für die Luft- und Raumfahrt.
Um ein Projektangebot oder eine Machbarkeitsstudie in Auftrag zu geben, benötigt unser Ingenieurteam folgende Unterlagen:
Digitale Geometrie: Die native CAD-Datei des benötigten Bauteils.
Legierungsspezifikation: Das Zielmaterial (z. B. Inconel 718, Aluminium 2319 oder HSLA-Stahl).
Zertifizierungsstufe: Die spezifischen Prüf-, zerstörungsfreien Prüf- und Qualitätssicherungsstandards, die für den Einsatz des Bauteils erforderlich sind.
Budget : Angabe des für das gewünschte Projekt vorgesehenen Budgets
Häufig gestellte Fragen zum 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt
Wie wird der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt?
In der Luft- und Raumfahrt wird der 3D-Druck eingesetzt, um komplexe Bauteile in kleinen Stückzahlen schnell herzustellen. Während Pulverbetttechnologien für kleine Triebwerksinnenteile verwendet werden, kommt das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) zum Einsatz, um große, nahezu endkonturgenaue Strukturteile, hochbelastbare Werkzeuge aus Verbundwerkstoffen und Raumfahrtkomponenten aus zertifizierten Metalllegierungen herzustellen.
Welche Metalle verwendet MX3D für die Luft- und Raumfahrt?
MX3D nutzt ein umfangreiches Portfolio an Industriedrähten und konzentriert sich dabei vor allem auf Inconel 625 und 718 für Hochtemperaturanwendungen, Aluminium (2319 und 5356) für Leichtbaukonstruktionen sowie hochfeste Stähle für den Werkzeugbau. Um eine optimale strukturelle Prozessstabilität im großen Maßstab zu gewährleisten, druckt MX3D kein Titan.
Können große Bauteile für die Luft- und Raumfahrt im 3D-Druckverfahren hergestellt werden?
Ja. Durch die Beseitigung der räumlichen Einschränkungen einer herkömmlichen Vakuumkammer für den 3D-Druck kann WAAM Robotics Strukturen für die Luft- und Raumfahrt, Laminierformen und Weltraumausrüstung mit einer Länge von mehreren Metern drucken und bietet damit einen erheblichen Größenvorteil gegenüber herkömmlichen additiven Verfahren.
Wird der 3D-Druck für Weltraumausrüstung eingesetzt?
Auf jeden Fall. WAAM ist eine ideale Lösung für die Prototypenentwicklung und Fertigung großer Weltraumstrukturen wie Satellitenrahmen und Lebensräume. Ein bewährtes Beispiel ist der etwa 4,5 Meter große Boden eines ESA-Mondlebensraums, der von MX3D für eine Demonstration von Infrastrukturen außerhalb der Erde hergestellt wurde.
Sind 3D-gedruckte Luft- und Raumfahrtteile zertifiziert?
Ja, mittels WAAM gedruckte Bauteile durchlaufen ein strenges Zertifizierungsverfahren. MX3D arbeitet gemäß ISO 9001 und den AWS/IIW-Schweißnormen und verfügt über Anlagenqualifikationen von Lloyd’s Register und DNV. Die Teile werden strengen zerstörungsfreien Prüfungen (NDT) unterzogen, um sicherzustellen, dass sie vor ihrem Einsatz die erforderlichen Vorschriften zur strukturellen Integrität erfüllen.
