In de lucht- en ruimtevaart wordt robotgestuurde Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ingezet voor de productie van middelgrote tot extra grote, bijna-net-vormige constructieonderdelen, op maat gemaakte gereedschappen en ruimtevaartapparatuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van gecertificeerde metaallegeringen. Door industriële robotica te combineren met boogafzetting levert WAAM metalen componenten op meterschaal die speciaal zijn afgestemd op veeleisende toepassingen in de ruimtevaart en bij grondondersteuning.
In de lucht- en ruimtevaarttechniek draait het om het vinden van een evenwicht tussen structurele integriteit en materiaalefficiëntie. Bij conventionele productie is het vaak een uitdaging om grote onderdelen te leveren zonder buitensporige materiaalverspilling of langdurige doorlooptijden. MX3D pakt deze productieknelpunten aan via drie kernvoordelen die speciaal zijn afgestemd op de lucht- en ruimtevaartsector:
Grote onderdelen met een vorm die bijna de uiteindelijke vorm heeft: Het produceren van onderdelen met afmetingen tot enkele meters, waardoor de benodigde hoeveelheid grondstof drastisch wordt verminderd.
Korte doorlooptijden: Door de vertragingen bij traditioneel smeden en gieten te omzeilen, kunnen cruciale constructies en grondondersteuningsapparatuur binnen enkele weken in plaats van maanden worden geleverd.
Gecertificeerde metallurgie: Gebruikmakend van grondig geteste industriële legeringen die onder gecontroleerde omstandigheden worden aangebracht om aan strenge industrienormen te voldoen.
Lees meer over onze mogelijkheden op het gebied van grootschalig 3D-printen met metaal .
Waarom WAAM voor de lucht- en ruimtevaart?
Om additive manufacturing voor de lucht- en ruimtevaart te beoordelen, moet de juiste technologie worden afgestemd op de juiste structurele schaal. Traditionele poederbedfusiesystemen zijn zeer geschikt voor kleine, uiterst complexe interne onderdelen van motoren, maar worden ernstig beperkt door de beperkte bouwvolumes en de hoge kosten van verstoven poeders.
Additieve fabricage met draadboog (WAAM) werkt bovendien zonder een beperkende bouwkamer (zoals bij onze modulaire opbouw en de vrijheid in de inrichting van de ruimte bij MX3D MX-systemen), waardoor een groot bouwvolume wordt ontsloten waarmee lucht- en ruimtevaartstructuren op meterschaal en zware gereedschappen kunnen worden geproduceerd die met poederbedsystemen simpelweg niet haalbaar zijn. Door gebruik te maken van een meerassige robotarm en standaard, geteste en gecertificeerde lasdraad biedt WAAM een zeer economische en snelle afzettingsmethode voor onderdelen van groot formaat.
Cruciaal is dat WAAM de „buy-to-fly“-verhouding fundamenteel verbetert. Bij traditionele subtractieve bewerking leidt de productie van grote lucht- en ruimtevaartconstructies uit blokmateriaal tot enorme materiaalverspilling, wat vooral kostbaar is bij hoogwaardige legeringen zoals Inconel of gespecialiseerd aluminium voor de lucht- en ruimtevaart. De „near-net-shape“-afzetting van WAAM vermindert deze materiaalverspilling drastisch, doordat alleen het materiaal wordt geprint dat structureel nodig is, gevolgd door een laatste, minimale CNC-bewerkingsgang.
Ten slotte is het belangrijk om de technische reikwijdte eerlijk af te bakenen: WAAM is ontworpen voor grote constructie-elementen, robuuste gereedschappen en zware grond- of ruimtevaartapparatuur. Het wordt niet ingezet voor fijne interne capillairen van motoren of compressorbladen. Door zich te richten op grootschalige structurele efficiëntie lost WAAM knelpunten in de inkoop op daar waar ze het meest pijnlijk zijn.
Toepassingen in de lucht- en ruimtevaart
WAAM wordt actief ingezet om uitdagingen op het gebied van toeleveringsketens en engineering in verschillende specifieke sectoren van de lucht- en ruimtevaart op te lossen.
Constructieonderdelen
Voor ruimtemodules wordt WAAM ingezet voor de fabricage van grote, dragende constructieonderdelen, zoals interne knooppunten, zwaarbelaste beugels, motorbevestigingen en structurele verbindingsstukken. Door de topologie van deze onderdelen te optimaliseren, kunnen ingenieurs het gewicht verminderen met behoud van de vereiste vloeigrens. Lees voor meer informatie over hoe dit de toeleveringsketens veiligstelt onze brochure over lokale productie voor defensie en lucht- en ruimtevaart en WAAM voor defensie .
Gereedschappen en opspanningen
Een van de meest directe en impactvolle toepassingen van WAAM in de lucht- en ruimtevaartsector is het vervaardigen van maatwerkgereedschap. De productie van grote composiet-opbouwmallen, montagemallen en op maat gemaakte grondondersteuningsapparatuur gaat vaak gepaard met lange doorlooptijden wanneer deze worden gesmeed of gegoten. WAAM maakt de snelle, op aanvraag plaatsvindende fabricage van groot stalen en aluminium gereedschap mogelijk, waardoor de algehele productiecyclus van het vliegtuig zelf wordt versneld.
Ruimtevaartapparatuur en -constructies
Dankzij de geometrische vrijheid en het ontbreken van beperkingen wat betreft de afmetingen is WAAM bijzonder aantrekkelijk voor ruimtevaartapparatuur. Toepassingen zijn onder meer constructieframes voor satellieten, prototypes van draagraketten en grootschalige infrastructuur voor leefruimten die is ontworpen voor inzet buiten de aarde.
UAV’s en experimentele vliegtuigonderdelen
Voor onbemande luchtvaartuigen (UAV’s) en de ontwikkeling van experimentele drones is snelle iteratie van cruciaal belang. In dit kader stelt WAAM ontwerpteams in staat om snel grote experimentele luchtvaartstructuren te printen en te testen, zonder dat ze zich hoeven vast te leggen op dure, permanente mallen.
Voldoen aan normen voor de lucht- en ruimtevaart (certificering en kwaliteit)
Toepassingen in de lucht- en ruimtevaart vereisen een grondige kwaliteitsborging en strikte naleving van certificeringskaders zoals NASA-STD-6030. MX3D beschikt over een gecontroleerde, datagestuurde productieomgeving die is ontworpen om aan deze strenge veiligheidsnormen te voldoen.
Onze gerobotiseerde productiefaciliteit werkt volgens uitgebreide normen, waaronder het ISO 9001-kwaliteitsmanagementsysteem, de AWS/IIW-lasnormen en de DNV-certificering. Bovendien beschikt MX3D over een AM-faciliteitskwalificatie van Lloyd’s Register, waarmee we aantonen dat we in staat zijn om consistent gecertificeerde, structureel deugdelijke metalen componenten te produceren. Hoewel AS9100 en specifieke EN-normen voor de lucht- en ruimtevaart afzonderlijke kwalificatietrajecten vormen voor vluchtkritische onderdelen, biedt onze gevestigde basis voor maritieme en structurele toepassingen de nodige metallurgische traceerbaarheid die vereist is voor de evaluatie van gereedschappen voor de lucht- en ruimtevaart en grondondersteuning.
Om de interne structurele integriteit te waarborgen, hanteren wij uitgebreide testprotocollen. Lees meer over onze aanpak van niet-destructief onderzoek van WAAM-onderdelen en bekijk de kwalificatietrajecten in onze gids: Kunnen WAAM-onderdelen worden gecertificeerd? .
Aangezien WAAM een karakteristiek geribbeld oppervlak oplevert, worden de uiteindelijke toleranties bereikt door middel van bewerking na het lassen. We integreren nauwkeurige digitale planning om rekening te houden met deze afwerkingsstappen. Lees meer over het beheren van bewerkingsspeling bij ‘near-net-shape’ metaalprints .
Materialen voor de lucht- en ruimtevaart WAAM
De materiaalkeuze is van cruciaal belang voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, waar onderdelen worden blootgesteld aan extreme thermische belastingen en hoge mechanische spanningen. MX3D richt zich uitsluitend op de legeringen die geschikt zijn voor het merendeel van de grootschalige toepassingen op het gebied van constructies en gereedschappen in de lucht- en ruimtevaart; met name om optimale processtabiliteit en kostenefficiëntie op grote schaal te waarborgen.
In plaats daarvan is onze lucht- en ruimtevaartportfolio gebaseerd op de volgende beproefde materialen, zoals met scandium gelegeerd aluminium, zoals 5183+Sc, en:
- Inconel en nikkelsuperlegeringen : Wij printen Inconel 625 en 718 (UNS N06625/N07718). Deze superlegeringen op nikkelbasis behouden bij hoge temperaturen een uitzonderlijk hoge structurele sterkte en oxidatiebestendigheid, waardoor ze ideaal zijn voor onderdelen in het hete gedeelte, uitlaatonderdelen en zware thermische afscherming.
- 3D-printen met aluminium : Wij maken gebruik van aluminiumdraden van ruimtevaartkwaliteit, waaronder 2319 en 5356. Deze legeringen zijn van cruciaal belang voor de fabricage van lichtgewicht vliegtuigonderdelen, UAV-frames en ruimtevaartapparatuur waarbij de lading een belangrijke rol speelt, en waarbij de verhouding tussen sterkte en gewicht een primaire technische drijfveer is.
- 3D-printen met roestvrij staal en HSLA: Hoogsterkte, laaggelegeerd staal (HSLA) en robuuste roestvaste staalsoorten worden op grote schaal ingezet voor robuuste grondondersteuningsapparatuur, constructiebeugels en grote gereedschappen voor het opbouwen van composietmaterialen.
Raadpleeg onze materialen- en certificeringshub .
Uitgelichte zaken
De belangrijkste bevestiging van de WAAM-technologie in de lucht- en ruimtevaartsector komt voort uit voltooide, in de praktijk geteste projecten.
De vloer van de ESA-maanbasis
Een uitstekend voorbeeld van de capaciteiten van WAAM op het gebied van ruimtevaartinfrastructuur is de vloer van de maanbasis van de ESA. MX3D kreeg de opdracht om de haalbaarheid van grootschalig 3D-printen voor bouwprojecten buiten de aarde aan te tonen en heeft deze grote ruimtevaartconstructie met succes vervaardigd.
De vloer van de habitat is geprint met 308LSi-roestvrij staal, heeft een diameter van ongeveer 4,5 meter en weegt zo’n 395 kilogram. Dit project, dat in samenwerking met SOM te zien was op de Biënnale van Venetië 2021, bewijst dat WAAM met succes grote, constructief solide ruimtelijke architectuur kan realiseren die met poederbedsystemen niet haalbaar is.
Lees alle details in onze ESA-koffer met vloer van de maanbasis .
Ga met ons aan de slag
Voor de omschakeling van uw grote gereedschappen voor de lucht- en ruimtevaart, grondondersteuningsapparatuur of ruimteconstructies naar WAAM is een ervaren productiepartner nodig. MX3D biedt flexibele mogelijkheden om deze technologie in te voeren: wij leveren metalen onderdelen op aanvraag vanuit onze vestiging in Amsterdam, of we kunnen kant-en-klare robotsystemen leveren voor integratie in uw eigen productiefaciliteiten voor de lucht- en ruimtevaart.
Om een offerte of haalbaarheidsstudie voor een project op te stellen, heeft ons engineeringteam het volgende nodig:
Digitale geometrie: Het originele CAD-bestand van het benodigde onderdeel.
Specificatie van de legering: Het doelmateriaal (bijv. Inconel 718, aluminium 2319 of HSLA-staal).
Certificeringsniveau: De specifieke normen voor testen, niet-destructief onderzoek (NDT) en kwaliteitsborging die vereist zijn voor het gebruik van het onderdeel.
Begroting : een indicatie van het toegewezen budget voor het gewenste project
Veelgestelde vragen over 3D-printen in de lucht- en ruimtevaart
Hoe wordt 3D-printen toegepast in de lucht- en ruimtevaart?
In de lucht- en ruimtevaart wordt 3D-printen gebruikt om complexe onderdelen in kleine series snel te vervaardigen. Terwijl poederbedtechnologieën worden ingezet voor kleine interne onderdelen van motoren, wordt Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) gebruikt voor de productie van grote, vrijwel vormvaste constructieonderdelen, zwaar belastbare composietgereedschappen en ruimtevaartapparatuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van gecertificeerde metaallegeringen.
Welke metalen gebruikt MX3D voor de lucht- en ruimtevaart?
MX3D maakt gebruik van een uitgebreid assortiment industriële draden, met een sterke nadruk op Inconel 625 en 718 voor toepassingen bij hoge temperaturen, aluminium (2319 en 5356) voor lichtgewicht constructies en hoogwaardige staalsoorten voor gereedschappen. Om op grote schaal een optimale structurele processtabiliteit te waarborgen, print MX3D geen titanium.
Kunnen grote onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart in 3D worden geprint?
Ja. Door de fysieke beperkingen van een traditionele vacuümkamer voor 3D-printen weg te nemen, kan WAAM Robotics constructies voor de lucht- en ruimtevaart, mallen voor het aanbrengen van lagen en ruimtevaartapparatuur met een lengte van meerdere meters printen, wat een aanzienlijk voordeel qua afmetingen oplevert ten opzichte van conventionele additieve methoden.
Wordt 3D-printen gebruikt voor ruimtevaartapparatuur?
Absoluut. WAAM is een ideale oplossing voor het maken van prototypes en de productie van grote ruimteconstructies, zoals satellietframes en ruimtestations. Een bewezen voorbeeld hiervan is de vloer van het ~4,5 meter grote ESA-ruimtestation, vervaardigd door MX3D voor een demonstratieproject rond infrastructuur buiten de aarde.
Zijn 3D-geprinte onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart gecertificeerd?
Ja, constructieonderdelen die via WAAM worden geprint, worden aan een grondige certificering onderworpen. MX3D werkt volgens de ISO 9001-norm en de AWS/IIW-lasnormen en beschikt over faciliteitskwalificaties van Lloyd’s Register en DNV. De onderdelen worden onderworpen aan strenge niet-destructieve controles (NDT) om te garanderen dat ze voldoen aan de vereiste normen voor structurele integriteit voordat ze in gebruik worden genomen.
