Foto: Avio Aero

3D Printing

Software für die zertifizierte Serienfertigung

Mittels 3D-Druck und Softwarelösungen von Materialise wurde mit GE Aviation das zur Zeit größte Düsentriebwerk der Welt für Boeing entwickelt.

Im Zeitalter der Additiven Fertigung ist GE Aviation ein Vorreiter beim Einsatz von 3D-Druck in der Luftfahrtindustrie. Genannt sei hier deren 3D-gedruckte Kraftstoffdüse, die laut Materialise bereits Maßstäbe in der Design-Optimierung setzte. Das verdeutlicht wie der 3D-Druck einen echten Mehrwert für ganz spezifische Fertigungsanwendungen schaffen kann. Die Additive Fertigung nimmt jetzt auch die industrielle Serienfertigung in den Blick und wieder ist Avio Aero (ein Unternehmen der GE Aviation) Schrittmacher an vorderster Front – diesmal mit dem GE9X, dem größten Düsentriebwerk der Welt. 

Sechs gedruckte Bauteile im Triebwerk

Fast dreieinhalb Meter Durchmesser hat das Triebwerk. Darin befinden sich sechs unterschiedliche 3D-gedruckte Bauteile, darunter die Niederdruck-Turbinenschaufeln bestehend aus einer Titan-Aluminium-Legierung. Diese werden im Avio Aero-Werk in Cameri, Italien, gefertigt. Diese 3D-gedruckten Schaufeln rotieren im Betrieb mit 2.500 min-1 und müssen unter extremsten Bedingungen wie Hitze und Druck ihren Dienst verrichten. Abgesehen von allen technischen Anforderungen, die erfüllt werden mussten, ist der Produktionsprozess der Turbinenschaufeln durch den 3D-Druck nun auch noch sauberer und kostengünstiger als das bisher für ähnliche Bauteile eingesetzte Gussverfahren.

60.000 Turbinenschaufeln pro Jahr

Zu den erwarteten Spitzenproduktionszeiten zwischen 2022 und 2023 geht Avio Aero davon aus, dass etwa 60.000 Turbinenschaufeln pro Jahr produziert werden – und das allein von den 3D-gedruckten TiAl-Schaufeln. Die Herausforderung besteht also darin, die Produktion 3D-gedruckter Bauteile auf großindustriellen Maßstab zu skalieren, während gleichzeitig sowohl die hohen Standards der Luftfahrtindustrie eingehalten werden als auch eine effiziente Produktionsumgebung erhalten bleibt. Mit diesem Ziel vor Augen plant Avio Aero nach eigenen Angaben die Fertigungskapazitäten um 10 zusätzliche Arcam (GE Additive) EBM-Maschinen (Electron Beam Melting)  zu erweitern, zusätzlich zu den 40 bestehenden Arcam-Systemen, die bereits heute in Betrieb sind.  

3D-Druck im großindustriellen Maßstab

Zertifizierter 3D-Druck im großindustriellen Maßstab erfordert größtmögliche Nachverfolgbarkeit, Qualitätskontrolle und Wiederholbarkeit. Zeitgleich muss ein hoher Durchsatz gewährleistet sein, der bezüglich Maschinenauslastung, Abfallminimierung und Kostenkontrolle besonders effizient ausgelegt ist. Vom Design über die Produktion bis hin zum Finish – jeder Prozessschritt muss optimiert und mit allen anderen integriert sein, damit dieser digitale Fertigungsansatz wirklich nahtlos und effizient ist. Avio Aero setzt dabei auf die integrierte AM-Softwarelösung von Materialise, die es Ihnen erlaubt, ihre 3D-Druckaktivitäten effizient, zuverlässig und sicher zu skalieren.

AM-Verwaltungssystem Streamics

Seit der Eröffnung der Produktionsanlage in Cameri im Jahr 2013 spielt das AM-Verwaltungssystem Materialise Streamics für Avio Aero eine Schlüsselrolle bei der Prozesssteuerung und  Automatisierung der additiven Fertigung. Avio Aero entschied sich für Streamics, da es laut Materialise alle Anforderungen der besonders anspruchsvollen AM-Standards für die Luft- und Raumfahrt in puncto Steuerung, Standardisierung, Automatisierung und Nachverfolgbarkeit aller Prozesse in ganz besonderer Weise erfüllt. Streamics ist dafür ausgelegt, die Konnektivität zu erhöhen und im Fall von Avio Aero bedeutet dies unter anderem eine Integration ihrer AM-Aktivitäten in das ERP-System (SAP). Alle Fertigungsoperationen, von der Plattformvorbereitung bis zur Nachbearbeitung, laufen über Streamics. Der Prozess beginnt mit der Datenvorbereitung in Materialise Magics. Hier stehen alle Werkkzeuge bereit für Bauteilreparatur, Positionierung, Supporterzeugung, Beschriftung sowie viele weitere Aufgaben aus der Daten- und Bauvorbereitung.

Verbindung zwischen 3D-Druckmaschinen und SAP-Produktionsplanung

Die Plattformvorbereitung erfolgt in Streamics automatisiert, während gleichzeitig alle AM-Prozesse gespeichert, nachverfolgt und visualisiert werden. Ferner kann Streamics die Maschinen sowie die darauf laufenden Baujobs zentral verwalten und überwachen. „Für uns besteht der größte Nutzen der Materialise-Software darin, dass nun eine direkte Verbindung zwischen unseren 3D-Druckmaschinen und unserer SAP-Produktionsplanung erfolgt. Diese Verbindung sorgt dafür, dass wir in Echtzeit Daten aus der Produktion zum Status eines jeden Baujobs erhalten und jederzeit überblicken, wie lange die Fertigung dauert, wann ein Druck abgeschlossen sein wird und wann ein Baujob zur nächsten Station wechselt“, erklärt Danila Marco, Digital Technology Additive Leader. Zusätzlich profitiert Avio Aero beim Betrieb der 40 EBM-Maschinen von Arcam auch von der langjährigen Partnerschaft zwischen Materialise und Arcam. 

Nahtlose Kommunikation

Der integrierte Arcam Build Processor sorgt für eine nahtlose Kommunikation zwischen den Maschinen und der restlichen Produktionsumgebung. Avio Aero kann auf diese Weise die optimalen Parameter für die Fertigung der Turbinenschaufeln definieren und gleichzeitig Feedback zu allen Baujob-Daten erfassen. So werden Nachverfolgbarkeit und Steuerung optimal sichergestellt. „Der Arcam Build Prozessor ist mit allen bei uns eingesetzten Softwarelösungen von Materialise – Magics und Streamics – voll integriert. Dies optimiert unsere gesamte Produktionsumgebung und vereinfacht unsere Arbeit. Zusätzlich ist es für Streamics möglich alle Parameterdaten zu sämtlichen Baujobs zu archivieren. So können wir unsere Produktionssteuerung immer weiter verbessern. Und das ist absolut essentiell in der Luftfahrtbranche“, skizziert  Danila Marco die Vorteile.

Neuentwicklung für das größte Düsentriebwerk der Welt 

Im Zeitalter der Industrie 4.0 sind enge Zusammenarbeit, vertrauensvolle Partnerschaften und integrierte AM-Softwarelösungen nach Überzeugung von Materialise die Grundlage für erfolgreiche Unternehmungen. Sie garantieren wirksame Steuerungsmöglichkeiten, höhere Effizienz, größere Auswahl und schließlich gesteigerte Produktivität. Im vorliegenden Fall führte die Zusammenarbeit der Branchenführer Avio Aero (ein Unternehmen der GE Aviation), Arcam (GE Additive), Boeing und Materialise zu einer Neuentwicklung der Turbinenschaufeln, mit denen in Zukunft das größte Düsentriebwerk der Welt angetrieben wird. 


 

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