Additive Fertigung zur Herstellung von Triebwerkskomponenten für die Luftfahrt

Die Aachener Turbomaschinen-Experten des Fraunhofer IPT arbeiten bereits seit Jahren an nachhaltigen Konzepten, Methoden und Werkzeugen für die Luftfahrt. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen haben sie die Prozesskette zur Herstellung von Triebwerkskomponenten, insbesondere von Blade Integrated Discs (BLISK), nun genauer betrachtet. Modernste BLISKs werden unter anderem aus nickelbasierten Superlegierungen hergestellt. Dieses Material ist schwer zu bearbeiten, so dass die Herstellung des Schaufelprofils durch etabliertes Fräsen sehr zeit- und kostenintensiv ist. Aus diesem Grund hinterfragten die Forscher die konventionellen Fertigungsverfahren und testeten stattdessen die additive Technologie »Laser Powder Bed Fusion« (LPBF). Dabei wird Metallpulver durch einen Laserstrahl gemäß den Geometrieinformationen Schicht für Schicht aufgeschmolzen.

Additive Verfahren bieten wirtschaftliche und ökologische Vorteile

Die Forscher demonstrieren am Beispiel einer BLISK eine ganzheitliche Prozesskette für die Herstellung von Triebwerkskomponenten – vom Design und der Auslegung über die additive Fertigung, die Wärmebehandlung und die subtraktive Nachbearbeitung bis hin zur Qualitätssicherung. Das Ziel ist, die BLISKs, vor allem die Schaufelprofile, endkonturnah zu fertigen, sodass nur wenig überschüssiges Material entfernt werden muss. Deshalb mussten die Forscher zunächst ein passendes LPBF-Herstellungsverfahren für BLISKs entwickeln. Gitterstrukturen stützen das dünnwandige Bauteil während des Aufbaus und minimieren Vibrationen während der Nachbearbeitung.

Der Einsatz der additiven Technologien hat viele Vorteile: Konkret erhöht sich die Designfreiheit der komplexen Geometrien, wie sie in der Luftfahrt eingesetzt werden. Gleichzeitig wird weniger Material verbraucht, was die Umwelt schont und Kosten reduziert. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz additiver Verfahren die wirtschaftliche Entwicklung und Fertigung auch kleinerer, komplexerer Kerntriebwerke mit verminderter Schadstoff- und Lärmemission.