Foto: Siemens

Anwendung

Entwicklung für Raumfahrt-Anwendungen

ESA beauftragt Siemens und Sonaca additiv fertigbare Anwendungen für die Raumfahrt zu entwickeln.

Das Design4AM-Projekt führt zu validiertem Prozess für Entwicklung und Herstellung von leichtgewichtigen Konstruktionen für die Raumfahrt, die leistungs- und kostenoptimiert sind. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat Siemens Digital Industries Software damit beauftragt, Applikationen für die Konstruktion von Teilen in der Luft- und Raumfahrt zu entwickeln, die in additiver Fertigung aus Metall hergestellt werden.
Diese Applikationen sollen von Siemens durchgängigen Softwarelösungen für die industrielle additive Fertigung profitieren. Die Lösung kombiniert generatives Engineering, Topologie-Optimierung, prädiktive Analytik, Prozesssimulation, Bauvorbereitung und Produktionsabwicklung.

Enge Zusammenarbeit von Siemens und Sonaca

Das Design4AM-Projekt basiert auf der engen Zusammenarbeit zwischen Siemens und Sonaca, dem Spezialisten für Luft- und Raumfahrtkonstruktionen, mit finanzieller Unterstützung der ESA und des Belgian Federal Science Policy Office (Belspo). Design4AM schafft laut Siemens einen validierten Prozess für die Verwendung der umfassenden additiven Fertigungssoftware von Siemens, um hochoptimierte, leichtgewichtige Strukturbauteile für Raumfahrtanwendungen zu konstruieren. Dazu zählen Armaturen (strukturell mit CFK-Platten verbunden), Halterungen und Bipods für verbesserte Leistung und Kosten.

Optimale Konstruktionslösungen

„Die Partnerschaft zwischen Siemens und Sonaca kombiniert die Leistungsfähigkeit einer führenden Softwarelösung für die additive Fertigung mit der Expertise eines führenden Luft- und Raumfahrtherstellers“, so Pedro Romero Fernandez, Sonaca General Manager Space BU. „Mit unserem umfassenden Wissen über Luft- und Raumfahrt und den Softwaretechnologien von Siemens – wie generative Konstruktion, automatisierte Topologie-Optimierung und Simulation von Prozessen in der additiven Fertigung – werden Ingenieure in der Lage sein, hunderte von Konstruktionsoptionen in einem Bruchteil der üblichen Zeit zu erforschen. Im Anschluss können sie diese virtuell gegen eine Vielzahl von physikalischen Bedingungen testen. So finden sie die beste Konstruktionslösung für ihre Leistungsanforderungen, und der 3D-Druck ist bereits beim ersten Mal korrekt.“
Additive Fertigung ist ein wichtiges Werkzeug für die Raumfahrtindustrie. Sie erfüllt strukturelle und multidisziplinäre Anforderungen für Raumfahrtanwendungen bei einem deutlich geringeren Gewicht als Strukturen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden hergestellt werden. Das Gewicht ist ein besonders kritischer Aspekt für Raumfahrtanwendungen. Laut Branchenberichten entspricht ein Pfund Nutzlast den Startkosten von 10.000 US-Dollar. Additive Fertigungstechniken können dazu beitragen, nahezu jede Art von komplexer Struktur in Trägerraketen, Antrieben, Satelliten und verschiedenen Raumfahrzeugkomponenten leichter zu machen.

Prozessvalidierung

Design4AM nutzt die Siemens Digital Innovation Platform und Sonacas Erfahrung in Raumfahrtanwendungen, Fertigungseigenschaften, im Umgang mit Materialien, bei Tests und numerischen Methoden zur Validierung der Prozesskette. Die Software-Lösungen NX und Simcenter von Siemens ermöglichen es Ingenieuren, eine Vielzahl von Konstruktionskonzepten in einem automatisierten Closed-Loop-Prozess zu untersuchen, der die Anforderungen an die technische Leistungsfähigkeit, den Herstellungsprozess und die Betriebskosten berücksichtigt. Diese Lösungen können Fertigungseinschränkungen wie thermo-mechanische Bauteilverformung, die Bauteilorientierung in der Baukammer oder die Gestaltung von Stützstrukturen berücksichtigen. Die integrierte Softwareumgebung verkürzt den Prozess der Bauteilkonzeption und -optimierung und ermöglicht die Herstellung leistungsstarker Strukturen.„Additive Fertigung hilft der ESA, Prozesse zu optimieren und so optimale Leistung bei reduzierten Kosten zu erzielen. Im Vergleich dazu erfordern traditionelle Fertigungsmethoden mehrere Bearbeitungsschritte und Werkzeuge, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten“, so Didier Granville, RTD-Projektmanager bei Siemens in Lüttich. „Gemeinsam mit Sonaca helfen wir der ESA, die Vorteile der additiven Fertigung zu nutzen, um hochbelastbare Strukturen zu produzieren, die den extremen Kräften beim Start von Weltraumsatelliten standhalten.“

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