Triebwerksfertigung der Zukunft

Key Words: LPBF, Functional Lattice Structures, Turbomachinery, Aviation

Weiterentwicklung der BLISK-Fertigung mittels LPBF

In Zeiten von Global­isierung und wachsendem Umwelt­bewusstsein steht die europäische Luftfahrtindustrie vor steigenden Heraus­forderungen. Neben Vorhaben etwa zur Gewährleistung einer an­ge­messenen Mobilität der Passagiere oder zum Umwelt­schutz, verfolgt die European Flightpath 2050 Aviation Vision den Plan, weiterhin führend in Design, Herstellung und Produktion zu sein1. Mit diesem Ziel vor Augen entwickeln die Turbo­maschinen  Experten des RWTH Aachen Lehrstuhls für Digital Additive Production DAP gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie IPT eine Prozess­kette zur Herstellung von Blade Integrated Disks (BLISK) mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) in Kombination mit der subtraktiven Nachbearbeitung. Derzeitig werden BLISKs unter anderem aus Nickelbasis-Superlegierungen hergestellt. Dieses Material lässt sich nur schwer bearbeiten, so dass die Herstellung des Schaufel­profils der BLISKs durch konventionelles Fräsen sehr zeit- und kosten­intensiv ist. Die Verfahrens­weise des LPBF ermöglicht es, die Schaufel­profile endkonturnah zu fertigen und somit den Nachbearbeitungs­aufwand deutlich zu reduzieren:

Laser­strahlung schmilzt Metall­pulver gemäß den Geometrie­informationen einzelner Bauteil­schichten selektiv auf, der Vorgang wird wiederholt und das Bauteil entsteht Schicht für Schicht. Zudem ist es durch LPBF möglich, funktionelle Gitter­strukturen bereits bei der Daten­aufbereitung der BLISK zu implementieren. Zum einen stützen sie das Bauteil während der additiven Fertigung, zum anderen können sie an die Belastungen der mechanischen Nach­bearbeitung angepasst werden. Erste Ergebnisse Ihrer Arbeit zeigen, dass der Material­aufwand sowie die Menge des zu entfernenden Materials signifikant verringert werden können. Außerdem minimieren die Gitter­strukturen Vibrationen während des Fräs­prozesses und können, aufgrund ihrer geringen Dichte, mit wenig Aufwand entfernt werden. Darüber hinaus erhöht das Additive Manufacturing Verfahren die Design­freiheit für komplexe Geometrien und eröffnet so neue Wege für die Triebwerks­entwicklung.

Robin Day, M. Sc.

RWTH Aachen Lehrstuhl für
Digital Additive Production DAP
Campus-Boulevard 73
52074 Aachen

→ robin.day@dap.rwth-aachen.de