3D-gedruckte Triebwerksabdeckungen unterstützen die Wartung von Flugzeugen

Wie ein spezialisiertes lokales Ingenieurbüro eine große Fluggesellschaft während der Pandemie mit 3D-gedruckten Gussformen zur Herstellung von Triebwerksabdeckungen unterstützten konnte.

3D printed molds for aerospace engine exhaust covers

Kein Flugverkehr durch COVID-19

Im März 2020 kam die Welt plötzlich zum Stillstand. Die COVID-19-Pandemie brachte den Großteil aller Reisetätigkeiten zum Erliegen, wodurch 62% aller Passagierflugzeuge dazu gezwungen waren, auf dem Boden zu bleiben.  [1] Daraus ergab sich eine Vielzahl von Herausforderungen, wie beispielsweise ein Mangel an Abstellflächen und steigende Wartungskosten für Flugzeuge, die nicht für derart lange Stillstandszeiten ausgelegt sind. Scandinavian Airlines (SAS) sahen sich insbesondere vor das Problem gestellt, dass ihre Flugzeuge dem üblicherweise sehr strengen norwegischen Winter ausgesetzt waren.

Eine ganze Flugzeugflotte am Boden zu betreuen ist keine einfache Aufgabe. Wenn sie über einen längeren Zeitraum abgestellt werden, dann müssen Flugzeugtriebwerke sowohl vor der Witterung als auch vor anderen schädlichen Einflüssen wie Fremdkörpern und Tieren geschützt werden. Fluglinien haben hier nur eine beschränkte Auswahl an Möglichkeiten, wie beispielsweise eine längerfristige Lagerung in einem warmen, trockenen Klima, oder ein Ansatz, der die Flugzeuge in einem flugbereiten Zustand hält. [2] Dieser beinhaltet das Abdecken der Triebwerke, während das Flugzeuge geparkt ist, sowie wöchentliche Überprüfungen der Betriebsfähigkeit.

Das Standardverfahren erfordert verschiedene Abdeckungen um zu verhindern, dass die Triebwerke durch Feuchtigkeit oder Gegenstände beschädigt werden, während die Luftfeuchtigkeit mit Hilfe von Trocknungsmitteln stabil gehalten wird. Leider waren bei SAS die erforderlichen Triebwerksabdeckungen, Auslassverschlüsse und andere Hilfsmittel für die zusätzlich eingelagerten Flugzeuge nicht in ausreichender Menge vorhanden. Ohne geeignete Ausrüstung war das Parken der Flugzeuge also keine Option.

airplane-jet-engine-cover-plastic-wrap

Anfangs griff SAS als Notlösung auf Plastikplanen und Klebeband  zurück; akzeptabel für eine kurzzeitige Einlagerung in kleinem Maßstab.  Da die Flugzeuge aber über einen längeren Zeitraum hinweg nicht eingesetzt werden konnten, mussten die Triebwerke einmal wöchentlich angelassen und dazu abgedeckt werden. Jason Deadman, Produktionsingenieur bei SAS, beschreibt den achtstündigen Vorgang des Aus- und Einpackens, der für die Überprüfung der Triebwerke notwendig war, als „sehr aufwändig.“

Mit dem Fortschreiten der Pandemie wurde eine schnellere und kosteneffizientere Lösung erforderlich, die auch für einen längeren Zeitraum geeignet war.

Unterbrechungen der Lieferketten

Es wäre natürlich einfach gewesen, schlichtweg mehr dieser Triebwerksabdeckungen zu bestellen. COVID-19 hatte aber einen Dominoeffekt in den weltweiten Lieferketten ausgelöst. Der Zugriff auf Rohmaterialien war durch Lockdowns eingeschränkt, was die Fertigung verzögerte und dazu führte, dass ingesamt weniger Produkte hergestellt wurden. Ein Umfrage ergab, dass lediglich ein Bruchteil der in Lieferketten eingebundenen Firmen ihr Geschäft ohne Störungen weiterführen konnten.  [3]

Die rechtzeitige Beschaffung von Teilen von den üblichen Herstellern wurde beinahe unmöglich. Diese Probleme erforderten kreative Lösungen. Einige Firmen begannen damit, neue Wege zu beschreiten, wie beispielsweise ein Umschwenken auf interne Fertigung, das Chartern von Frachtschiffen, oder ein Redesign von Produkten, um Vorhandenes nutzen zu können. [4]

Insbesondere sahen sich Fluglinien vor das Problem gestellt, dass die notwendige Ausrüstung für die Betreuung der Flugzeuge am Boden nicht vorhanden war. SAS fasste daher den Entschluss, die Lieferketten zu verkürzen, und stärker auf lokal verfügbare Ressourcen zurückzugreifen. Damit ließe sich nicht nur den logistischen Herausforderungen begegnen, SAS würde auch entscheidende Schritte in Richtung eines umweltfreundlicheren Unternehmens mit geringeren Betriebsrisiken machen.

3D Printed Mold for Jet Engine Cover

Unkonventionelles Denken mit 3D-Druck

Wenn man die Lieferkette verkürzen möchte, dann muss man sich auf die Suche nach lokal verfügbaren Möglichkeiten machen. Bei SAS zog Jason den Einsatz additiver Fertigungsverfahren wie beispielsweise des 3D-Drucks als Lösung für die Lieferkettenprobleme in Betracht. Schließlich liessen sich die Vorzüge des 3D-Drucks mit den Anforderungen und Werten des Unternehmens in Einklang bringen. Dazu gehören eine schnelle Fertigung, flexibles Produktdesign, geringe Stückzahlen, niedrige Kosten, und ein Minimum an Abfall. [5] Es ist einfach, kleine Bauteile mit Hilfe dieser Technologie herzustellen. Aber wie ließ sich damit Ausrüstung im erforderlichen Maßstab für den Einsatz an Flugzeugen produzieren? Trotz der Einschränkungen vieler 3D-Drucker in Bezug auf Material und Baugröße schien sich hier eine Lösungsmöglichkeit für die Fluglinie aufzutun. SAS fragte einen lokalen Anbieter, CNE Engineering, ob und wie der 3D-Druck bei ihrem Problem der stillgelegten Flugzeuge helfen könnte.

Nathan Brown, der Gründer von CNE Engineering, begann damit, sich die Materialanforderungen für die Auslasscover der Triebwerke anzusehen. Diese mussten extremen Aussentemperaturen standhalten und widerstandsfähig sowohl  gegen chemische Substanzen als auch gegen UV-Strahlung sein. Sie mussten ausserdem weich, aber auch robust sein - weder das Triebwerk noch die Abdeckung selbst durften während des Anbringens oder des Abnehmens beschädigt werden. Auf dieser Grundlage entschied sich Nathan für gießbares Polyurethan, ein allgemein verfügbares und kostengünstiges Material.

Das Material, in Verbindung mit der von SAS benötigten Stückzahl zwischen 20 und 100 Teilen, machte das Giessen zum idealen Fertigungsprozess. Glücklicherweise waren CNE in der Lage, die Gussformen oder Werkzeuge, die zur Herstellung des von SAS benötigten Equipments notwendig waren, mit ihrem 3D-Drucker herzustellen. Auch SAS‘ Vorstellungen bezüglich der Lieferzeit konnten eingehalten werden - die erste  Lieferung machte sich bereits einige Wochen nach Beginn des Projekts auf den Weg, Durch die Nutzung ihres Großformat-3D-Druckers von BigRep konnte CNE schnell reagieren, und maßgeschneiderte Werkzeuge und Ausrüstung In-House und in Originalgröße herstellen. Damit konnten sie die dringendsten Bedürfnisse von SAS während der COVID-Pandemie abdecken.

Jet Engine Covers made with 3D Printed PU-Molds

Vom Konzept zur Fertigung

Nachdem das Herstellungsverfahren geklärt war, mussten die technischen Details der Fertigung betrachtet werden. Weil die Entscheidung für einen Gießprozess getroffen worden war, konstruierte CNE die Gußformen und kombinierte dabei verschiedene Materialien. Diese mussten flüssigkeitsdicht und widerstandsfähig gegen Chemikalien sein, aber auch eine leichte Entformung der Bauteile erlauben. Im BigRep ONE 3D-Drucker konnten sowohl Ober- als auch Unterteil jeweils im Ganzen hergestellt werden, ohne sie trennen oder segmentieren zu müssen. Der BigRep STUDIO wurde zur Fertigung von Formbauteilen verwendet, die feinere Strukturen aufwiesen und daher mit einem höheren Detailgrad gedruckt werden mussten. Dazu gehörten beispielsweise die für die Griffe benötigten Hinterschneidungen.

Die Herstellung lief wie folgt ab: Das Werkzeug für den Urethan-Guss wird gedruckt und zusammengebaut; das dauert einige Tage. Dann wird flüssiges Urethan in die Form gegossen und härtet binnen weniger Stunden aus. Schließlich läßt sich das fertige Bauteil von einer Person alleine in ein paar Minuten aus der Form lösen.

SAS erhielt die erste Lieferung schon zwei Monate nach dem Kick-Off-Meeting. Weitere Aufträge in ähnlichen Stückzahlen aber in anderen Größen für unterschiedliche Flugzeugtypen folgten. Aufgrund der massangefertigten Abdeckungen ist das bislang stundenlange Ein- und Auspacken der Triebwerke für die Wartungstechniker nur noch eine Frage von Minuten.

Wohin wird uns der 3D-Druck in Zukunft führen?

CNE Engineering konnte mit Hilfe ihres BigRep 3D-Druckers drei wichtige Anforderungen der Konstruktion erfüllen. Erstens stand eine Reihe von Materialien zur Verfügung, sodass Tests und Experimente mit unterschiedlichen Werkstoffen durchgeführt werden konnten.  Zweitens war der ein Kubikmeter große Bauraum des BigRep ONE ausreichend um die Bauteile, die immerhin die Ausmaße des Auslasses eines Flugzeugtriebwerks hatten, in einem Stück zu drucken. Und drittens erlaubte die Ausrichtung der Materialschichten in der gedruckten Form das Gießen und Entformen.

Großformatiger 3D-Druck ist ein aufregendes neues Fertigungsverfahren für Situationen, die einzigartige Lösungen erfordern, wie beispielsweise eine Kombination aus komplexer Formgebung und einem flexiblen Material.

Nathan bei CNE sieht unbegrenzte Möglichkeiten für den Einsatz großformatigen 3D-Drucks. Er plant, seine Dienstleistungen der Konstruktion und des 3D-Drucks von Werkzeugen und Ausrüstung auf weitere Fluglinien mit ähnlichen Anforderungen ebenso auszuweiten wie auf andere Industriebranchen.   Hier sieht er beispielsweise Werkzeughalter, Fördergeräte, Vorrichtungen und andere Hangarausstattungen als vielversprechende Anwendungsgebiete für großformatigen 3D-Druck. Das Ziel lautet ganz klar: „Finde Kunden und ihre Bedürfnisse“.

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

MEHR ERFAHREN

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

MEHR ERFAHREN

About the author:

Dominik Stürzer <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/dominik-stuerzer/" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Dominik Stürzer

SEO Manager 

Dominik is a mechanical engineer whose passion to share knowledge turned him to content creation. His first 3D prints started in university. Back then the 3D printers were big on the outside and small on the inside. With BigRep the machines are finally big in their possibilities.

We use cookies and other tracking technologies to improve your browsing experience on our site, show personalized content and targeted ads, analyze site traffic, and understand where our audience is coming from.
By choosing I Agree you consent to our use of cookies and other tracking technologies.

Privacy Settings saved!
Privacy Settings

When you visit any web site, it may store or retrieve information on your browser, mostly in the form of cookies. Control your personal Cookie Services here.

These cookies are necessary for the website to function and cannot be switched off in our systems.

In order to use this website we use the following technically required cookies
  • wordpress_test_cookie
  • wordpress_logged_in_
  • wordpress_sec

For perfomance reasons we use Cloudflare as a CDN network. This saves a cookie "__cfduid" to apply security settings on a per-client basis. This cookie is strictly necessary for Cloudflare's security features and cannot be turned off.
  • __cfduid

We embed videos from our official YouTube channel using YouTube’s privacy-enhanced mode. This mode may set cookies on your computer once you click on the YouTube video player, but YouTube will not store personally-identifiable cookie information for playbacks of embedded videos using the privacy-enhanced mode.
  • VISITOR_INFO1_LIVE
  • PREF
  • CONSENT
  • GPS
  • YSC

Contains the current language of the admin and the user.
  • _icl_current_admin_language
  • _icl_current_language

Cookie required to allow a user to stay logged in to a web site without needing to submit their username and password for each page visited. Without this cookie, a user is unable to proceed to areas of the web site that require authenticated access.
  • PHPSESSID

These cookies are set by WordPress are used for indication and identification of the logged in user. Those are session cookies.
  • wordpress_logged_in_
  • wordpress_sec_
  • wordpress_test_cookie
  • wp-settings-
  • wp-settings-time-
  • utm_source
  • utm_campaign
  • utm_medium
  • handl_url
  • handl_landing_page
  • http_referrer

Decline all Services
Accept all Services