Liebherr

  • Blok zaworowy z druku 3D Liebherr
  • Blok zaworowy Airbus A380 z druku 3D Liebherr
Blok zaworowy z druku 3D LiebherrBlok zaworowy Airbus A380 z druku 3D Liebherr
11.09.2018, 10:24

Liebherr – pierwszy wydrukowany w technologii druku 3D metalowy główny element hydrauliczny układu kontroli lotu zastosowany w samolocie Airbus A380

 
 

Światowa premiera wykorzystania technologii firmy EOS w lotnictwie cywilnym

Dzisiejszy przemysł lotniczy koncentruje się na wytwarzaniu podzespołów dla samolotów przy użyciu przemysłowej technologii druku 3D. Obecnie każda firma stara się wyróżnić na rynku zarówno pod względem oferowanych dla swoich klientów korzyści, potencjalnych oszczędności, jak i również jasno sformułowanych celów w zakresie zrównoważonego rozwoju przedsiębiorstwa. Firma Liebherr, dzięki wykorzystaniu technologii firmy EOS, zbliżyła się do osiągnięcia tych celów. Wykonanie wysokociśnieniowego hydraulicznego bloku zaworowego z metalu stanowi bowiem bardzo ważny element dla dalszego rozwoju branży druku 3D oraz całego przemysłu lotniczego. Blok zaworowy przeszedł już pozytywne testy podczas lotu samolotem Airbus A380.

Blok zaworowy z druku 3D Liebherr
Wydrukowany w technologii druku 3D ze stopu tytanu nowy blok zaworowy zapewnia taką samą wydajność jak konwencjonalny blok, ale jest o 35% lżejszy. (źródło: Liebherr)

 

Wyzwanie

W związku z rosnącą świadomością ekologiczną, podwyżką cen paliw oraz brakiem alternatywnych źródeł energii, przemysł lotniczy oraz kosmonautyczny zmuszony jest do poszukiwania nowych technologii, które pozwolą pozostać konkurencyjnym na rynku. Technologia proszkowa druku 3D z metalu jest w stanie doprowadzić do fundamentalnych zmian i umożliwić tworzenie innowacyjnych oraz zaawansowanych geometrycznie komponentów. Firma Liebherr już 6 lat temu uruchomiła program, którego celem było wykorzystanie technologii druku 3D przy wykonywaniu poszczególnych elementów silników lotniczych. Obecnie udowodnili, iż technologia druku 3D z metalu ma zastosowanie w wytwarzaniu hydraulicznych kolektorów samolotowych. Firma Liebherr wraz z Airbusem oraz zespołem badawczym z Chemnitz University of Technology zainicjowali projekt, który został sfinansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energetyki (BMWi). Jego celem było zastąpienie tradycyjnego (konwencjonalnego) podstawowego modułu lotniczego, wykonanym przy użyciu technologii proszkowej druku 3D z metalu wysokociśnieniowym hydraulicznym blokiem zaworowym.

Zapewnienie bezpiecznego lotu samolotem możliwe jest tylko dzięki właściwej współpracy podzespołów znajdujących się na jego pokładzie. Przykładowo siłownik spojlera przesuwa go do zdefiniowanej, zadanej pozycji w celu zmniejszenia siły nośnej samolotu. Tego rodzaju podstawowe elementy oraz układy sterowania lotem wymagają najwyższych standardów jakości, a także precyzji podczas ich wytwarzania. Konwencjonalna metoda produkcji bloku zaworowego rozpoczyna się od kutego surowca, który następnie jest obrabiany, odpowiednio przycinany, wiercony, a na koniec montowany. Tego typu proces, z uwagi na ilość koniecznych do wykonania operacji, jest złożony, czasochłonny, a także trudny do zoptymalizowania. Z drugiej jednak strony proces taki można łatwo usprawnić dzięki wykorzystaniu technologii druku 3D. Oczywiście samo zastąpienie procesu produkcyjnego w celu wytworzenia elementu o tych samych właściwościach jest niewystarczające. Nowy produkt, który ma zademonstrować potencjał technologii przyrostowej jako jednej z najbardziej perspektywicznych i przyszłościowych technologii, powinien być ponadto lżejszy, generować niższe koszty produkcji oraz być przyjazny dla środowiska.
 

Rozwiązanie

Zaproponowane rozwiązanie polegało na opracowaniu łańcucha projektowo-produkcyjnego do wdrożenia wysokojakościowej przemysłowej technologii druku 3D firmy EOS w branżę lotniczą. W pierwszym etapie przeanalizowano dokładnie część wykonaną przy użyciu konwencjonalnych metod obróbki. Zidentyfikowano przy tym wszystkie układy hydrauliczne oraz usunięto dodatkowe elementy i profile konstrukcji. Dodatkowo w celu zoptymalizowania krótkich linii połączeniowych układu wzięto pod uwagę ponowne rozmieszczenie głównych elementów konstrukcji, z uwzględnieniem wielkości ich przestrzeni montażowej oraz wymagań dotyczących interfejsu urządzenia. Ten etap prac był kluczowym dla dalszej realizacji projektu.
„Dzięki wykorzystaniu przemysłowej technologii druku 3D wysoki stopień złożoności oraz skomplikowania geometrii produktu nagle przestają być problemem. Elementy budowane przez system EOS M 290 składają się z dużej liczby cienkich warstw materiału, każda o grubości od 30 do 60 µm, co pozwala na budowanie obiektów o złożonych geometriach” – wyjaśnia Alexander Altmann Główny Inżynier Technologii Addytywnej, Badań i Technologii w Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH. „Elementy funkcjonalne zostały w dalszej kolejności bezpośrednio połączone ze sobą za pomocą zakrzywionych rur. Tego typu rozwiązanie pozwoliło na uniknięcie konieczności stosowania skomplikowanego systemu rur z dużą ilością otworów poprzecznych, zaoszczędzając tym samym czas podczas produkcji komponentu” – dodaje.

Wybór materiału w postaci stopu tytanu jest szczególnie pożądany dla branży lotniczej, ponieważ oferuje szereg korzyści. Elementy wykonane ze stopu tytanu są bardzo lekkie, dzięki czemu umożliwiają redukcję masy konstrukcji oraz obniżenie kosztów eksploatacji urządzenia. Ponadto wykazują dobre właściwości mechaniczne oraz posiadają bardzo dobrą odporność na korozję. Obróbka postprocessingowa obejmuje m.in. obróbkę cieplną w celu zmniejszenia powstałych naprężeń oraz specjalną obróbkę (oczyszczanie) kanałów hydraulicznych.
Wreszcie, „Nie może być najmniejszych wątpliwości co do niezawodności i bezpieczeństwa wytworzonych podzespołów oraz materiału, z którego zostały wykonane. Dzięki technologii firmy EOS jesteśmy w stanie niezawodnie produkować najwyżej jakości elementy z tytanu, co jest konieczne w przypadku produkcji seryjnej” – wyjaśnia Alexander Altmann.
 

Uzyskane rezultaty

Wytworzony w technologii druku 3D z metalu nowy blok zaworowy zapewnia taką samą wydajność jak konwencjonalny blok zaworowy, przy czym jest od niego o 35% lżejszy oraz wykonany z mniejszej ilości części. Nowy blok zaworowy umożliwił zintegrowanie w jego wnętrzu 10 funkcjonalnych elementów, co wyeliminowało tym samym konieczność wykorzystania skomplikowanego systemu rurociągów z dużą ilością otworów poprzecznych. „To może być nowe hasło, znak rozpoznawczy dla addytywnych technik – wytwarzanie tych samych części, ale lżejszych oraz składających się z mniejszej ilości pojedynczych elementów, to bardzo ważny krok dla rozwoju firmy Liebherr-Aerospace” – mówi Altmann. Wykonana w technologii druku 3D cześć przeszła pomyślne testy podczas próbnego lotu statku powietrznego Airbus A380.

Blok zaworowy Airbus A380 z druku 3D Liebherr
Zoptymalizowany metalowy blok zaworowy wykonany w technologii druku 3D. (źródło: Liebherr)

 
Przemysłowy druk 3D jest mniej skomplikowany oraz dużo bardziej wydajny materiałowo w porównaniu z tradycyjnym procesem frezowania. Ponadto pomaga także ograniczyć do minimum ilość odpadów tytanu. „Dziś produkcja bloku zaworowego trwa około jednego dnia, natomiast dzięki wykorzystaniu drukarki EOS M 400-4 czas ten może zostać zredukowany nawet o 75%” – mówi Alexander Altmann. Ale to nie wszystko – lekki blok zaworowy oraz pozostałe części wykonane w technologii druku 3D przyczynią się również do zmniejszenia zużycia paliwa oraz emisji CO2 oraz NOX.

Wymagania stawiane częściom w branży lotniczej są niezwykle wysokie, dlatego firma Liebherr kładzie szczególny nacisk na właściwe zrozumienie i poznanie szczegółów technologii druku 3D, w celu opracowania w pełni niezawodnego procesu produkcyjnego. EOS jako dostawca technologii druku 3D oraz partner wspiera firmę Liebherr w wykonywaniu wysokojakościowych elementów. Biorąc udział w fazie pilotażowej firma Liebherr mogła ponadto przyczynić się do rozwoju EOSTATE Exposure OT, nowego zestawu monitorującego EOS, który umożliwia dokonanie wglądu w strukturę części za pomocą tomografii optycznej, a tym samym jej ciągłą kontrolę. „W przyszłości tego typu rozwiązanie pomoże przyspieszyć identyfikację wad materiałowych już podczas procesu przyrostowego, eliminując tym samym konieczność późniejszego wykorzystywania dodatkowych narzędzi takich jak tomografia komputerowa” – mówi Alexander Altmann i dodaje – „Wierzymy, że za kilka lat elementy metalowe wydrukowane w technologii druku 3D, takie jak blok zaworowy, będą wytwarzane seryjnie w firmie Liebherr-Aerospace oraz dostarczane naszym klientom.”
 

„Wydrukowany blok zaworowy udowodnił, iż technologia druku 3D dostarczana przez EOS umożliwia wykonanie kluczowych głównych elementów oraz podzespołów układu lotu.” – Alexander Altmann, Główny Inżynier Technologii Addytywnej, Badań i Technologii w Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH

 


O firmie Liebherr-Aerospace

Firma Liebherr-Aerospace jest wiodącym światowym dostawcą systemów dla przemysłu lotniczego, posiadającym ponad 50-letnie doświadczenie w tej branży. Szeroki zakres sprzętu i urządzeń opracowanych, wyprodukowanych oraz obsługiwanych przez firmę obejmuje systemy sterowania lotem, podwozia, systemy zarządzania powietrzem, przekładnie oraz skrzynie biegów. Wykonany w technologii druku 3D z metalu hydrauliczny blok zaworowy został opracowany przez firmę Liebherr we współpracy z Airbusem oraz Chemnitz University of Technology w Niemczech, a częściowo sfinansowany przez Niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energetyki.

BIBUS MENOS dystrybutorem EOS

BIBUS MENOS Sp. z o.o. jest dystrybutorem drukarek EOS GmbH i głównie dzięki produktom tej firmy kolejne lata z rzędu otrzymuje nagrodę Najlepszy Polski Dystrybutor Przemysłowych Drukarek 3D (zobacz więcej).


opracował: Dawid Zieliński – Katedra TMiAP, Wydział Mechaniczny Politechniki Gdańskiej, we współpracy z BIBUS MENOS