Hintergrund des Projekts
In China entwickelt sich die Wirtschaft im Bereich der Flugtätigkeiten in geringer Höhe rasant. Elektrische vertikale Start- und Landeflugzeuge vom Typ eVTOL werden dabei zu einem zentralen Forschungs- und Entwicklungsgebiet. Die neu entwickelten zivilen eVTOL-Flugzeuge stellen hohe Anforderungen an die Tragstrukturen des Rumpfes, die Verbindungen der Landeklappen sowie an die wesentlichen Strukturelemente des Innenraums. Dabei müssen gleichzeitig Kriterien wie Leichtigkeit, hohe Festigkeit, Schwingungsfestigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen extreme Temperaturen sowie hohe Sicherheit erfüllt werden. Die traditionellen Fertigungsmethoden weisen deutliche technische Grenzen auf – komplexe, hohle Strukturen können nicht in einem Stück hergestellt werden. Stattdessen müssen mehrere Einzelteile separat gefertigt und anschließend zusammengefügt werden. Dies führt nicht nur zu komplizierten Montageprozessen und großen Fehlern, sondern auch zu vielen Fugen in der Gesamtstruktur. Dadurch entstehen im Laufe der Zeit Probleme wie Lockerungen oder Verformungen, wodurch die Erfolgsrate der Testflüge sehr niedrig ist. Zudem sind die Kosten für die Herstellung der Formen mit den traditionellen Methoden sehr hoch. Der Zeitraum für die Herstellung einer einzigen Version der Strukturelemente beträgt bis zu 45 Tage. Das kann die Bedürfnisse der Kunden nach schneller Entwicklung mehrerer Versionen sowie nach raschen Testflügen nicht erfüllen. Dadurch wird die Entwicklung und Zulassung der Flugzeuge erheblich verzögert.
Lösungen und Projektergebnisse
Um den Herausforderungen bei der Entwicklung von eVTOL-Flugzeugen für Kunden entgegenzukommen, haben wir auf herkömmliche, getrennte Fertigungsverfahren verzichtet. Stattdessen nutzen wir die fortschrittliche 3D-Druck-Technologie zur Erstellung integrierter Lösungen für die Entwicklung und Produktion solcher Flugzeuge – Lösungen, die alle Anforderungen an die Entwicklung von Flugzeugen erfüllen:
1. Topologische Optimierung des Designs: Die tragenden Strukturen des Rumpfs sowie die Verbindungen der Landeklappen werden topologisch optimiert. Dadurch werden mehr als 10 separate Komponenten zu einer einzigen, integrierten Struktur zusammengefasst. Dadurch entfallen Schweißarbeiten und das Verbinden mit Schrauben. So werden potenzielle Sicherheitsrisiken wie strukturelle Instabilität oder Spannungskonzentrationen beseitigt – was wiederum die Stabilität der gesamten Konstruktion erhöht.
2. Präzise Auswahl von Materialien für den Luftfahrtbereich: Angesichts der komplexen Bedingungen in großer Höhe, bei hoher Geschwindigkeit sowie unter starken Luftströmungen werden hochwertige, leichte Verbundmaterialien sowie hitzebeständige Metallmaterialien verwendet. Dadurch wird eine optimale Kombination aus Leichtigkeit und Strukturstärke erreicht. Zudem weisen diese Materialien hervorragende Eigenschaften in Bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung, Korrosion sowie extreme Temperaturen auf. Damit erfüllen sie alle Sicherheitsstandards für bemannte Flugzeuge.
3. Schnelle Iterationsprozesse im geschlossenen Produktionszyklus: Es wird ein vollständig geschlossener Produktionsprozess geschaffen, der aus „Strukturdesign – Druckguss – Nachbearbeitung – Schadensfreiheitsprüfung – Mechanische Tests“ besteht. Dadurch können komplexe, hohlgeformte Strukturen sowie Konstruktionen mit besonderen Kurvenformen ohne Einsatz von Formen schnell hergestellt werden. Zudem werden Prüfverfahren zur Präzisionsbearbeitung, zur Entfernung von Spannungen sowie zur Überprüfung der dreidimensionalen Abmessungen eingesetzt, um die Genauigkeit der Bauteile auf unter ±0,02 mm zu halten. Dadurch wird die Genauigkeit bei der Montage sowie die Flugstabilität gewährleistet.
4. Schnelle Reaktionen zu jeder Tageszeit: Es werden spezielle Technikteams eingesetzt, die den Kunden individuell unterstützen. Aufgrund der Anforderungen bezüglich der Strukturoptimierung, die aus den Testflügen resultieren, können Designs innerhalb von 24 Stunden angepasst und Prototypen schnell gedruckt werden. So können mehrere Versionen der Struktur effizient weiterentwickelt werden.
Durch eine gründliche Umsetzung des gesamten Prozesses konnten wir es schaffen, innerhalb von 12 Tagen eine komplette Serie der Kernkomponenten zu liefern. Dadurch wurde der Entwicklungszeitraum im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erheblich verkürzt. Zudem verringerte sich die Anzahl der notwendigen Montagearbeiten, was wiederum die Reichweite sowie die Tragfähigkeit des Flugzeugs verbesserte und den Energieverbrauch senkte. Alle gelieferten Komponenten bestanden alle Sicherheitstests auf Flugzeugniveau – darunter Belastungstests, Tests unter hohen Frequenzen, Tests bei extremen Start- und Landevorgängen sowie Tests in Extremtemperaturen. Dadurch wurden die Anforderungen für Flugtests erfüllt, was es ermöglichte, dass die Kundenmodelle erfolgreich in mehreren Testflügen getestet werden konnten. Dies beschleunigte außerdem den Prozess zur Zulassung des Flugzeugs für den zivilen Luftverkehr sowie seine kommerzielle Nutzung. Durch unseren effizienten und hochwertigen Service konnten wir langfristige Partnerschaften mit unseren Kunden aufbauen.