BionicAircraft: bionisches Design steigert Ressourceneffizienz der Luftfahrt

Das europäische Forschungsprojekt BionicAircraft hat sich zum Ziel gesetzt, die Ressourceneffizienz der Luftfahrt durch die Implementierung von additiver Fertigung und Umsetzung eines bionischen Designs in allen Phasen eines Flugzeuglebenszyklus zu steigern. Das Projekt startete im September 2016 im Rahmen des „Horizon 2020“-Programms und wird von der Europäischen Kommission gefördert.

Zehn internationale Konsortialpartner aus verschiedenen Industriebranchen sowie Forschung und Entwicklung wollen im Rahmen von BionicAircraft Technologien und Konzepte entwickeln, um einen umweltfreundlichen Gesamtlebenszyklus in der Flugzeugherstellung mittels additiver Fertigung zu gewährleisten. Unter den Partnern ist auch das Softwarehaus Cenit, das nach Prüfung des Konzepts mit der Umsetzung seines Aufgabenpakets beginnt. Dieses sieht die Entwicklung eines Software-Tool-Sets für automatisiertes bionisches Design vorsieht.

Additive Fertigung optimiert Lebenszyklus von Flugzeugen

Die Herausforderungen lassen sich durch die Einführung von additiver Fertigung (3D-Druck) in allen Phasen eines Flugzeuglebenszyklus bewältigen. So ermöglicht der Fertigungsprozess die Konstruktion von  besonders leichten Strukturen, die flexible Produktion von hochkomplexen Bauteilen, ressourceneffiziente Lieferketten sowie optimierte Konzepte für Reparatur, Ersatzteilfertigung, Recycling und Entsorgung. Darüber hinaus ermöglichen 3D-Druck-Technologien ein großes Einsparungspotenzial beim Gewicht von Bauteilen und eine Reduktion von Materialabfall während der Produktion.

Software-Toolset für automatisiertes bionisches Design

Um die Ziele des Forschungsprojekts BionicAircraft zu erreichen, wurden neun Arbeitspakete definiert, die Merkmale wie Design, Produktion, Materialentwicklung, Qualitätssicherung, Reparatur und Entsorgung von additiv gefertigten Bauteilen enthalten. Gemeinsam mit den Partnern Airbus, der Laser Zentrum Nord GmbH (LZN) und dem Institut für Laser und Anlagensystemtechnik (iLAS) der TU Hamburg-Harburg arbeitet Cenit an der Zielsetzung, eine Vereinfachung der Produktentwicklung für bionische Leichtbaustrukturen durch eine vereinfachte Designmethodik zu erreichen. Damit adressiert das Softwarehaus eines der wesentlichen Potentiale im Zusammenhang mit der additiven Fertigung: neue Arten von Teilen, die mit 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 stehe 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.

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 Rahmenbedingungen für eine Vielzahl weiterer Teilaufgaben.

3D-Druck-Technologie und bionische Strukturen als Enabler für die Luftfahrt

Zur Bedeutung des Projekts für Cenit 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 wegweisend bewertet er auch die erwarteten Ergebnisse des Projekts: „Wir streben unter anderem eine erhebliche Zeitreduktion für die Gesamtentwicklung von optimierten 3D-Druckteilen an sowie ein signifikantes Gewichtseinsparungspotenzial bei Flugzeugen, das zu deutlich reduzierten CO2-Emissionen über die gesamte Einsatzdauer führt.“ Weitere Ergebnisse werden am Ende der dreijährigen Laufzeit von BionicAircraft-Projekt erwartet.

Autor: Stefan Girschner