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.