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LaserCusing-Shuttle auf Testmission im Windkanal

DLR setzt bei aerodynamischen Tests auf additiv hergestellte Titan-Modelle
LaserCusing-Shuttle auf Testmission im Windkanal

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Der Raumgleiter Alpha, ein Forschungsbeitrag Europas zur bemannten Raumfahrt, muss aerodynamische Tests im Windkanal absolvieren. Das DLR entschied sich dabei für Titan-Modelle, die durch LaserCusing gefertigt wurden.

Windkanalversuche beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR in Köln bedeuten vereinfacht: Die Modelle werden zu erzwungenen Schwingungen veranlasst und dabei dynamische Messungen durchgeführt. Vier spezielle Anforderungen musste das Alpha-Modell dafür erfüllen: Es sollte

  • sehr leicht und steif sein, damit die Massenkräfte und die elastischen Verformungen klein bleiben,
  • dünnwandig sein, damit genug Platz für die Messtechnik existiert und
  • nur aus wenigen Einzelteilen bestehen.
Die richtige Antworten darauf gab aus Sicht des DLR das werkzeuglose Laserschmelzen mit Metallen, vom Anlagenhersteller Concept Laser GmbH in Lichtenfels als LaserCusing bezeichnet. Nur mit Pulver, quasi aus dem Nichts, entstehen Geometrien, die konventionell kaum zu fertigen wären.
Für das Generieren des Titan-Modells kommt beim DLR nur ein geschlossenes Anlagensystem in Frage, das eine Verunreinigung mit Sauerstoff ausschließt. Letztendlich aus diesem Grund fiel die Wahl der Fertigungsanlage auf eine M2 Cusing in Kombination mit einer freistehenden Powder-Siebstation zum Qualitätsmanagement, wie der Anlagenhersteller aus Lichtenfels mitteilt. Auch diese Pulver-QM-Station muss übrigens unter Sauerstoffabschluss arbeiten und wird dazu mit Argon geflutet. Erst dann beginnt das Sieben.
Bislang war es üblich, derartige Modelle aus Nickel durch Drehen, Fräsen oder Erodieren herzustellen. Um den realen Flugbedingungen des Raumtransporter nahe zu kommen, entschied sich das DLR jedoch für ein Hohlmodell, das mittels generativer Technik problemlos hergestellt werden kann.
Bevor ein Bauteil im Windkanal „fliegen“ darf, muss es alle Qualitätsanforderungen bis zu 300 % erfüllen, so heißt es. Dazu werden Zug- und Streckversuche sowie Computertomographien durchgeführt. Laut Concept Laser erzielte das Alpha-Modell beim LaserCusing eine Porosität von nur 0,02 % und eine Oberflächenrauigkeit von Ra=7-8. Ein nachgelagerter Strahlprozess sorgte dann für die geforderte Oberflächenrauigkeit von Ra=1,6. Einem Flug im Windkanal steht somit nichts mehr im Wege.
Die QM-Module überwachen und regeln Anlagenzustände wie Laserleistung, Atmosphäre und Pulverqualität – und natürlich den Bauprozess. „Den Grundstein für ein prozesssicheres System hat Concept Laser mit der Schmelzpoolüberwachung gelegt“, sagt Markus Boje vom DLR. Besonders wertvoll ist für ihn nun der damit ermöglichte, schnelle Teileaufbau, durch den die Kosten im Versuch „exponentiell sinken“. os
Concept Laser auf der Euromold: Halle 11, Stand D70
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