MTU

Technologia DMLS firmy EOS umożliwia efektywne kosztowo wytwarzanie komponentów silnikowych do samolotu Airbus A320neo

„Przyłącza boroskopowe z materiału IN718, produkowane przyrostowo przez spółkę MTU Aero Engines, do szybkobieżnych turbin niskociśnieniowych w silniku turbowentylatorowym z przekładnią (GTF) PurePower® PW1100G-JM, które będą zastosowane w samolotach Airbus A320neo”.

MTU Aero Engines

CEL

Przemysł lotniczy i kosmiczny jest jednym z najbardziej innowacyjnych na świecie. Przykładowo spółka Airbus złożyła ponad 380 wniosków patentowych dotyczących tylko projektu samolotu A380. Istotną rolę w tym sektorze odgrywają nowe materiały i technologie, nadające się do wykorzystania w produkcji seryjnej z punktu widzenia kosztów uzyskania, ciężaru i funkcjonalności komponentów. Z tego względu zarówno producenci, jak i dostawcy testują poziom wydajności procesów wytwarzania przyrostowego, wykorzystywanych do produkcji komponentów poprzez przetapianie laserowe proszków. Metoda ta została pierwotnie wykorzystana do produkcji prototypów, ponieważ umożliwia szybkie wytwarzanie poszczególnych części. Od tego czasu technologia ta stała się, ze względu na liczne korzyści, podstawowym standardem w produkcji seryjnej. Korzyści związane z tym procesem obejmują większą swobodę projektowania, a także szersze spektrum surowców użytkowych, od niezwykle lekkich, ognioodpornych/zmniejszających palność tworzyw sztucznych po różnorodne metale. Ogólnie rzecz biorąc, gdy tylko samolot odbędzie pierwszy lot, koszty i bezpieczeństwo stają się istotnymi kryteriami produkcyjnymi. Dlatego przy wdrażaniu nowych technologii istotne jest znalezienie odpowiedniego rozwiązania uwzględniającego oba te czynniki. Spółka MTU Aero Engines, czołowy niemiecki producent silników, opracowała plan strategiczny wdrożenia technologii wytwarzania przyrostowego „krok po kroku”.

Obecnie spółka wykorzystuje kilkanaście systemów EOS. „Około 10 lat temu rozpoczęliśmy produkcję narzędzi i komponentów projektowych” – mówi dr Karl-Heinz Dusel, Dyrektor ds. Technologii Wytwarzania Przyrostowego w MTU. „Aby zoptymalizować wykorzystanie dostępnego potencjału produkcyjnego i wdrożyć opracowany przez nas etapowy plan działania, rozpoczęliśmy poszukiwania nowych obszarów, w których moglibyśmy zastosować tę technologię.”

ROZWIĄZANIE

W najnowszej generacji silników turbowentylatorowych z przekładnią (GTF) zostaną zastosowane przyłącza boroskopowe wyprodukowane przy użyciu technologii wytwarzania przyrostowego EOS. „Na początku drugiego etapu zaczęliśmy wytwarzać surowe komponenty, które zastąpiły dotychczas stosowane części. Do takich komponentów należą przyłącza boroskopowe do turbin niskociśnieniowych w silnikach GTF przeznaczonych do samolotów A320neo” – wyjaśnia dr Karl-Heinz Dusel. Te niewielkie komponenty dodatkowe umożliwiają technikom ocenę stanu technicznego łopatek turbiny wewnątrz silnika za pomocą endoskopu. Poszczególne części są nitowane do obudowy turbiny, aby zapewnić otwór do wprowadzania endoskopu, który w przemyśle lotniczym jest zwany boroskopem.

Podstawowe parametry zastosowanego stopu niklowego to odporność na wysokie temperatury i długa żywotność. Ten wysokiej jakości materiał zapewnia najlepsze rezultaty wymagane w odniesieniu do komponentu, ale jest trudny w obróbce. Na szczęście trudności związane z obróbką stopu można łatwo wyeliminować dzięki zastosowaniu technologii wytwarzania przyrostowego. Spółka MTU, będąca również producentem materiałów surowcowych, opracowała nowy łańcuch technologiczny, który został zatwierdzony i wprowadzony do systemu produkcyjnego.

Cały proces produkcyjny został uzupełniony o system kontroli opracowany specjalnie w tym celu przez spółkę MTU. Monitorowanie w trakcie procesu wytwarzania umożliwia kontrolowanie poszczególnych etapów i warstw produkcyjnych. Dodatkowo wprowadzono nowe procedury zapewnienia jakości, np. tomografię optyczną. Systemy EOS zostały zatwierdzone przez niemiecki Federalny Urząd Nadzoru Lotnictwa. Dotychczas przyłącza boroskopowe były wytwarzane w procesie odlewania lub frezowania, ale niskociśnieniowe turbiny w silniku GTF samolotu A320neo to pierwsze turbiny seryjnie wyposażone w przyłącza boroskopowe wyprodukowane z zastosowaniem technologii wytwarzania przyrostowego. Kluczowym czynnikiem były niższe koszty zastosowania technologii firmy EOS, zarówno na etapie projektowania, jak i produkcji.

REZULTATY

Strategiczne podejście opłaciło się spółce MTU, podobnie jak bliska współpraca z EOS. Obecnie prowadzone są przygotowania do produkcji seryjnej przyłączy boroskopowych. Produkcję zaplanowano na poziomie 16 komponentów w jednym procesie, co daje 2 000 części w ciągu roku. Oczekuje się, że oszczędności w porównaniu do dotychczas stosowanych procesów, ujęte procentowo, osiągną wartości dwucyfrowe, przy już wysokim poziomie jakości. MTU i EOS współpracują w celu dalszej optymalizacji wykończenia komponentów, zwłaszcza gładkich powierzchni, oraz osiągnięcia perfekcji w zakresie strukturalnych własności mechanicznych.

Dla dr. Dusela korzyści są oczywiste: „Technologia DMLS zapewnia niemal nieograniczoną swobodę projektowania i znacznie krótszy czas realizacji projektu, produkcji i dostawy. Dodatkowo, pozwala znacznie obniżyć koszty na etapie projektowania i produkcji. Można wytwarzać lżejsze, a zarazem bardziej skomplikowane komponenty przy mniejszych nakładach materiałowych i minimalnej ilości niezbędnych narzędzi.”

MTU dostrzega ogromny potencjał związany z wytwarzaniem komponentów seryjnych do silników lotniczych, np. obudowy łożysk lub łopatek turbin, które muszą spełniać bardzo rygorystyczne wymagania w zakresie bezpieczeństwa i niezawodności.

Spółka MTU postawiła sobie cel, aby w ciągu 15 lat w znaczącym stopniu zwiększyć udział komponentów produkowanych z zastosowaniem przemysłowego wytwarzania przyrostowego. W ten sposób technologie firmy EOS pozwolą zwiększyć konkurencyjność spółki działającej w jednym z najbardziej wymagających sektorów na świecie.