Luftfahrt: Software für automatisiertes bionisches Design

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CENIT ist Teil des europäischen Forschungsprojekts „BionicAircraft“, Es verfolgt das Ziel, die Ressourcen in der Luftfahrt durch den Einsatz von additiver Fertigung und bionischem Design in allen Phasen eines Flugzeuglebenszyklus effizienter zu nutzen. Nach der Prüfung des Konzepts startet die CENIT mit der Entwicklung eines Software-Tool-Sets für automatisiertes bionisches Design.

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CENIT ist Teil des europäischen Forschungsprojekts „BionicAircraft“, Es verfolgt das Ziel, die Ressourcen in der Luftfahrt durch den Einsatz von additiver Fertigung und bionischem Design in allen Phasen eines Flugzeuglebenszyklus effizienter zu nutzen. Nach der Prüfung des Konzepts startet die CENIT mit der Entwicklung eines Software-Tool-Sets für automatisiertes bionisches Design.

Mit dem Ziel, die Emissionen der Luftfahrtindustrie zu verringern und besser kontrollierbar zu machen, startete im September 2016 das im Rahmen des Horizon 2020 Programms von der Europäischen Kommission geförderte Forschungsprojekt „BionicAircraft“: Zehn internationale Konsortialpartner aus verschiedenen Industrie-Branchen sowie Forschung und Entwicklung – darunter auch der IT-Spezialist CENIT – erarbeiten gemeinsam Technologien und Konzepte, um einen umweltfreundlichen Gesamtlebenszyklus in der Flugzeugherstellung mittels additiver Fertigung zu gewährleisten.

Additive Fertigung in allen Phasen des Flugzeuglebenszyklus

Eine Möglichkeit, diese Herausforderungen zu bewältigen, ist die Einführung von additiver Fertigung (3D-Druck) in allen Phasen eines Flugzeuglebenszyklus: Der innovative Fertigungsprozess ermöglicht die Konstruktion von ultraleichten Strukturen, flexible Produktion von hochkomplexen Bauteilen, ressourceneffiziente Lieferketten sowie optimierte Konzepte für Reparatur und Ersatzteilfertigung sowie Recycling und Entsorgung. Darüber hinaus ermöglichen 3D-Druck-Technologien ein großes Gewichteinsparungspotenzial für Bauteile und signifikante Reduktion von Materialabfall während der Produktion.

Software-Toolset für automatisiertes bionisches Design

Um die Ziele des Forschungsprojekts zu erreichen, wurden neun Arbeitspakete definiert, die sich u.a. mit den Aspekten Design, Produktion, Materialentwicklung, Qualitätssicherung, Reparatur sowie Entsorgung von additiv gefertigten Bauteilen befassen. Gemeinsam mit den Partnern Airbus, der Laser Zentrum Nord GmbH (LZN) und dem Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik (iLAS) der TU Hamburg-Harburg arbeitet die CENIT an der Zielsetzung, eine wesentliche Vereinfachung der Produktentwicklung für bionische Leichtbaustrukturen durch eine vereinfachte Designmethodik zu erreichen. Damit adressiert die CENIT eines der wesentlichen Potentiale und Herausforderungen im Zusammenhang mit der additiven Fertigung: Ganz neue Arten von Teilen, die mit den herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht herstellbar sind. „Einer der Hauptgründe für die bislang geringe Verbreitung der additiven Fertigung, bzw. des 3D-Drucks, im Flugzeugbau ist der aufwendige Entwurfsprozess, welcher derzeit nicht automatisiert ist und durch eine Reihe von verschiedenen Softwarepaketen ausgeführt werden muss. Für die Datenaufbereitung der 3D-Druck-Maschinen ist ebenfalls spezielle Software erforderlich. Der Konstrukteur muss während des Designprozesses somit zwischen verschiedenen Werkzeugen hin und her wechseln. Das macht den Ablauf zeitintensiv und dadurch teuer“, erklärt Michael Schwartz, Manager für innovative Aerospace Lösungen bei CENIT. „Im Fokus der Arbeit von CENIT steht somit das Ziel, eine wesentliche Vereinfachung des Designprozesses durch die Integration aller 3D-Druck-Design- und Datenvorbereitungsschritte zu einem einzigen Toolset für automatisiertes bionisches Design zu erreichen. Damit tragen wir dazu bei, eine konsistente digitale Prozesskette zu etablieren“, führt er weiter fort.

Betrachtet man die einzelnen Komponenten des für CENIT, Airbus, LZN und iLAS vorgesehenen Aufgabenspektrums, so bilden die Formulierung von Entwurfsrichtlinien der additiven Fertigung, die Entwicklung eines 3D-CAD-Werkzeugsatzes für Catia für bionisches Design sowie die 3D-Druck-Datenaufbereitung inklusive bionisch optimierter Strukturen, die wesentlichen Rahmenpunkte für eine Vielzahl weiterer Teilaufgaben.

Additive Fertigung als wichtige Voraussetzung für die Luftfahrt der Zukunft

Zur Bedeutung des Projekts für die CENIT als Unternehmen und die Luftfahrtindustrie allgemein, erklärt Michael Schwartz: „3D-Druck-Technologien und bionische Strukturen sind ein wichtiger Enabler zur Schaffung von wettbewerbsfähigen und umweltfreundlicheren Luftfahrzeugen in der Zukunft. Wir sind stolz, einen Beitrag in diesem ambitionierten und zukunftsweisenden Projekt leisten zu dürfen.“ Als spannend und wegweisend bewertet er auch die erwarteten Ergebnisse des Projekts: „Wir streben unter anderem eine erhebliche Zeitreduktion für die Gesamtentwicklung von optimierten 3D-Druck-Teilen an sowie ein signifikantes Gewichtseinsparungspotenzial bei Flugzeugen, das zu deutlich reduzierten CO2-Emissionen über die gesamte Einsatzdauer führt“, so Schwartz. Eine Vielzahl weiterer Ergebnisse wird am Ende der dreijährigen Laufzeit des „BionicAircraft“-Projekts erwartet.

Bild: Bionisch optimierter Ventilblock (Bild: iLAS)

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