Drohne zum Ausdrucken – EADS Innovation Works stellt ALM-Technologien in Farnborough vor

Farnborough10 Juli 2012

  • „Additive Layer Manufacturing“ hilft Kosten zu sparen
  • ALM-Technologie vereinfacht kundenindividuelle Anpassung
  • Tragbares UAV-System
  • ALM-Technologie für Tragflächen trägt zur Reduzierung des Luftwiderstands und des Treibstoffverbrauchs bei

Auf der Farnborough Airshow präsentiert EADS Innovation Works den Prototyp eines tragbaren unbemannten Luftfahrzeugs (Unmanned Aerial Vehicle – UAV), der mithilfe der „Additive Layer Manufacturing“- Technologie (ALM) gefertigt wurde, die auch als 3D-Druckverfahren bekannt ist. Das Flugzeug mit einer Spannweite von rund 1,5 Metern wurde von Studenten der University of Leeds in Großbritannien entwickelt. Die tragbare Kleindrohne wird die Fähigkeit zur Steuerung über drahtlose Kurzstrecken-Videokommunikation bieten. Die batteriebetriebene Drohne könnte für die Überwachung, für Such- und Rettungsmissionen oder im Katastrophenschutz eingesetzt werden.

Die Anwendung der ALM-Technologie in der Fertigung solcher Kleindrohnen eröffnet neue Möglichkeiten zur aerodynamischen Optimierung. Dies gilt etwa für die konstruktive Verwindung (Schränkung) der Tragflächen, die anderenfalls bei einem Flugzeug dieses Maßstabs nur mit Schwierigkeiten und hohen Kosten umsetzbar wäre. In relativ kurzer Zeit können mehrere abnehmbare Tragflächen „ausgedruckt“ werden, um das UAV-System an Missionen unterschiedlichster Anforderungen anzupassen. Vier Studenten der ingenieurwissenschaftlichen Fakultät der University of Leeds haben ein Erstkonzept für das UAV entwickelt, das Design erstellt und eine aerodynamische Analyse unter der Aufsicht des EADS-Experten Martin Muir durchgeführt. Um die Vorteile der ALM-Technologie zu nutzen, führten die Studenten die Detailplanung der Tragflächen unter Zuhilfenahme von Topologie- und Strömungsoptimierungsverfahren aus. Dies ermöglicht den Bau eines Flügelpaares, das im Hinblick auf Gewicht, Aerodynamik und Stabilität optimiert wurde und dennoch kostengünstig ist. Aufgrund der durchgeführten Tests konnte sowohl der Anstell- als auch der Einstellwinkel optimiert werden. Normalerweise wären die Fertigungskosten derartiger komplexer Bauteile zu hoch für Kleindrohnen. ALM bietet jedoch die Möglichkeit, mehrere Bauteile – wie zum Beispiel Tragflächen für unterschiedliche kundenspezifische Missionen – zu angemessenen Kosten zu produzieren.

Darüber hinaus führten die Studenten eine Stabilitäts- und Steuerungsanalyse des Gesamtsystems durch und erstellten Montageanleitungen für die Druckerei. EADS Innovation Works UK wird in seinen ALM-Einrichtungen in Filton eine flugfähige Metallversion des UAVs fertigen. Bei der Herstellung kommt die innovative DMLS-Technologie (Direct Metal Laser Sintering) zum Einsatz. Das in Farnborough präsentierte Kunststoff-UAV dient nur zu Ausstellungszwecken und veranschaulicht die Konstruktionsfreiheiten, die die ALM-Technologie bietet.

Die Auslegung des UAV-Systems ermöglicht den Einsatz zukünftiger Antriebssysteme, wie zum Beispiel der leichten Wasserstoff-Brennstoffzellen (Lightweight Hydrogen Fuel Cells – LwHFC), die derzeit bei EADS Innovation Works entwickelt werden. Der Austausch des bestehenden Batteriesystems durch leichte Wasserstoff-Brennstoffzellen würde die Höchstflugdauer des UAV-Systems von zwei auf rund sechs Stunden erhöhen. Rumpf und Tragflächen des UAVs wurden mit Blick auf die Nutzung leichter Wasserstoff-Brennstoffzellen optimiert; dies erklärt auch die groß dimensionierten Hohlräume und Flügelprofile.

Der revolutionäre Herstellungsprozess mit der Bezeichnung „Additive Layer Manufacturing“ (ALM) basiert auf den Rapid-Prototyping-Verfahren und ermöglicht die Fertigung von Einzelprodukten aus pulverförmigen Ausgangsmaterial wie Metall (z. B. Titan, Edelstahl oder Aluminium), Nylon oder kohlefaserverstärktem Kunststoff. EADS hat die Technologie der Verarbeitung von Metallen, Nylon und kohlefaserverstärktem Kunststoff auf molekularer Ebene bereits soweit verfeinert, dass diese für die Herstellung belastungsintensiver und sicherheitskritischer Teile in der Luftfahrt eingesetzt werden kann. Im Vergleich zu einem herkömmlich hergestellten Frästeilen sind ALM-Produkte bis zu 65 % leichter – und das bei gleicher Festigkeit. Einfach ausgedrückt, wird ein Bauteil auf einem Computer entworfen, der dann einen Hochleistungslaser auf das pulverförmige Material richtet und dieses Schicht um Schicht in eine feste Form schmilzt, bis das gewünschte Bauteil fertiggestellt ist. Die ALM-Entwicklung wird im gesamten EADS-Konzern vorangetrieben, angefangen von den frühen Anwendungen in der Produktion von Vorrichtungen und Werkzeugen für Airbus, bis hin zu Anwendungen in Luft- und Raumfahrzeugen von Eurocopter und Astrium. Federführend sind dabei die Forschungseinrichtungen von EADS in Großbritannien.

Eine weitere innovative ALM-Technologie aus Großbritannien, die auf dem EADS-Stand präsentiert wurde, ist das Laminar Flow Device. Dieses Gerät, das an der Flügelvorderkante des Flugzeugs montiert werden kann, erzeugt über weite Teile eines gepfeilten Flügels hinweg eine Laminarströmung, die die turbulente Strömungsgrenzschicht an den Wiederanliegelinien an der Flügelvorderkante aufhebt. Die laminare Strömung erzeugt einen geringeren Oberflächenreibungswiderstand als die turbulente Strömung und trägt somit zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs bei. Mittels ALM-Technologie lassen sich komplex konturierte Formen zu niedrigen Kosten fertigen. Das in Farnborough vorgestellte Gerät wurde aus dem EADS-geschützten Werkstoff ScalmalloyRP hergestellt, der hervorragende mechanische Eigenschaften für die Herstellung komplex geformter Strukturen bietet.

Über EADS

EADS ist ein weltweit führendes Unternehmen der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsgeschäft und den dazugehörigen Dienstleistungen mit einem Umsatz von € 49,1 Mrd. im Jahr 2011 und mehr als 133.000 Mitarbeitern. Zu EADS gehören die Divisionen Airbus, Astrium, Cassidian und Eurocopter.

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