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Text: Thomas Masuch
Die größte additive Erfolgsgeschichte hat das 3D-Druckzentrum von Airbus Helicopters in Donauwörth überraschenderweise gar nicht mit Bauteilen für Hubschrauber geschrieben, sondern mit Verriegelungswellen („Latch Shaft“ und „Drive Shaft“) für die Türen des Airbus A350. Denn in diesen Türen, die serienmäßig in Donauwörth gefertigt werden, finden sich seit 2017 die 3D-gedruckten Verriegelungswellen. „Die Latch Shafts sparen 43 Prozent Gewicht und 23 Prozent der Herstellungskosten – zudem besteht die Komponente nur noch aus einem Bauteil anstatt aus zehn Einzelteilen in der herkömmlichen Bauweise“, freut sich Frank Rethmann, Leiter des Industrial Service Center 3D Printing bei Airbus Helicopters. 17.500 Verriegelungswellen wurden in den vergangenen acht Jahren in Donauwörth 3D-gedruckt. Damit sind die Wellen für den 3D-Druck bei Airbus Helicopters in Donauwörth „unser Brot-und-Butter-Geschäft“.
Die Verriegelungswellen sind ein gutes Beispiel dafür, wie die Additive Fertigung in der Luftfahrt nach und nach immer stärker Fuß gefasst hat: Seit Jahren werden Bauteile von Flugzeugen systematisch dahin gehend untersucht, ob man sie sinnvoll 3D-drucken könnte und damit entweder Gewicht spart oder die Funktion verbessert. Ein wichtiger, oftmals limitierender Faktor waren dabei die strengen Zulassungsregularien der Branche, sodass Hersteller wie Airbus zuerst bei den weniger kritischen (also nicht sicherheitsrelevanten) Bauteilen und Komponenten ansetzten.
„Nennenswerte Gewichtseinsparung“
Mit neuen Modellen bei Flugzeugen und Hubschraubern kann die Additive Fertigung aber noch stärker genutzt werden – das zeigt der Hubschrauber H140, ein leichter, zweimotoriger Hubschrauber, der vor einem Jahr vorgestellt wurde und dessen erste Auslieferung an Kunden im Jahr 2028 geplant ist. AM spielte bereits vor Jahren in der Entwicklung des H140 eine wichtige Rolle – zum Beispiel bei der Herstellung von Versuchsträgern und Demonstratoren. Aber auch in der Serienfertigung wird AM beim H140 neue Maßstäbe setzen, verspricht Rethmann. Wie viele 3D-gedruckte Teile im H140 verbaut werden und welche das sind, ist derzeit zwar noch ein gut gehütetes Airbus-internes Geheimnis, „aber es ist ein großer Anteil“, verrät Rethmann. In der Regel sind die 3D-gedruckten Bauteile bei Airbus Helicopters 40 Prozent leichter als ihre konventionell gefertigten Vorgänger. Beim H140 sorgt das dafür, dass die 3D-gedruckten Metallteile in der Summe beim gesamten Hubschrauber „eine nennenswerte Gewichtseinsparung“ bewirken. Und das bei einem maximalen Abfluggewicht des Hubschraubers von rund 3,2 Tonnen. „Solche Gewichtseinsparungen ermöglichen längere Flugzeiten oder größere Nutzlasten – in der Luftrettung zum Beispiel die Mitnahme von mehr Equipment“, erklärt Jörg Michel, Pressesprecher bei Airbus Helicopters.
„Das Besondere in der Luftfahrt sind die langen Entwicklungsprozesse“, so Rethmann. „Das Design des H140 wurde bereits vor Jahren erarbeitet und festgelegt.“ Im H140 wurden nicht nur bestehende Komponenten und Bauteile durch 3D-gedruckte Alternativen ersetzt, sondern es wurden bereits beim Design des Hubschraubers die Möglichkeiten und die Designfreiheit der Additiven Fertigung mitgedacht. Möglich wurde das unter anderem auch dadurch, dass die Ingenieure und Konstrukteure bei Airbus Helicopters sich bereits seit rund acht Jahren mit dem metallischen 3D-Druck beschäftigen, unterstützt von zahlreichen Designschulungen. „Wir ernten jetzt die Früchte aus unserer jahrelangen Arbeit mit AM.“
AM in Donauwörth
Mit dem 3D-Druck der Verriegelungswellen für die A350-Türen und zahlreicher weiterer Bauteile ist auch der AM-Bereich in Donauwörth immer weiter gewachsen. „Wir wollten von Anfang an den gesamten AM-Prozess verstehen“, erklärt Rethmann. Ein wichtiger Schritt dafür war die Eröffnung des AM-Tech-Centers im Herbst 2023. Hier vereint Airbus Helicopters nicht nur ein recht umfangreiches Arsenal an AM-Systemen (sechs PBF-Anlagen für die Metallfertigung, acht professionelle Kunststoffsysteme sowie einige Desktop-Drucker), sondern auch Systeme für Nachbearbeitung und Qualitätssicherung. Dazu zählen unter anderem Entpulverung, Wärmebehandlung, Beizen und zerstörungsfreie Prüfung (NDT). Die hohen Qualitätsanforderungen sorgen dafür, dass 70 Prozent des gesamten Aufwands bei der Herstellung eines 3D-gedruckten Metallteils auf die Nachbearbeitung entfallen, während der eigentliche 3D-Druck nur 30 Prozent ausmacht, wie Rethmann schätzt.
Dabei werden im AM-Tech Center nicht nur Prototypen und Serienteile gedruckt, sondern auch zahlreiche Produktionshilfsmittel, zum Beispiel Bohrschablonen und Flugtesthalterungen. Die 3D-gedruckten Bauteilen werden ausschließlich innerhalb der Airbus-Gruppe eingesetzt, auch wenn es schon zahlreiche Anfragen von externen Unternehmen gab, wie Rethmann berichtet, der zwar im Gespräch immer mal wieder „seine Kunden“ erwähnt, damit aber ausschließlich Kollegen anderer Airbus-Programme meint.
Ersatzteile für bestehende Hubschrauber werden bei Airbus noch nicht gedruckt, auch wenn das für Rethmann ein Thema mit Potenzial ist, „über das es sich lohnt nachzudenken“. Schließlich sind weltweit noch ältere Militärhubschrauber im Einsatz – manche fliegen bereits seit mehr als 50 Jahren. „Die Konstruktionszeichnungen wurden damals mit Tusche gezeichnet, da ist das Thema Ersatzteile eine echte Herausforderung.“ Aber einfach sei der 3D-Druck auch in diesem Bereich nicht – schließlich gelten auch bei den in die Jahre gekommenen Maschinen hohe Anforderungen. Für den 3D-Druck hieße das sicherlich jahrelange Qualifizierungsarbeit.
