Im letzten Jahr konnte das über fünf Jahre laufende Forschungsvorhaben „Formvariable Flügelsysteme für Segelflugzeuge (MILAN)“, das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über den Projektträger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. gefördert wurde, erfolgreich abgeschlossen werden. Übergeordnetes Ziel war es, die Aerodynamik des Segelfliegens zu verbessern. Am Kunststoff-Zentrum SKZ wurden hierfür additiv gedruckte Komponenten gefertigt.
Im Verbund mit den Partnern der Technischen Universität München (TUM), Alexander Schleicher GmbH & Co. Segelflugzeugbau und der MP2 Carbon GmbH sollte das bedeutende Potenzial zur Leistungs- und Effizienzsteigerung moderner Segelflugzeuge erschlossen werden, indem deren Flügelstruktur formvariabel gestaltet und dadurch ein Wechsel zwischen Schnell- und Langsam-Zustand ermöglicht wird. Die Projektbasis lieferte die TUM mit einem eigens entwickelten aerodynamischen Entwurf eines Segelflugzeugs, die Flügelstruktur und das Aktuationssystem wurde zusammen mit Schleicher entworfen. Die formvariable Flügelschale aus einem Verbundwerkstoff wurde schließlich von MP2 mitentwickelt und gebaut.
3D-gedruckte Komponenten vom SKZ
Am SKZ wurden – auf Basis des an der TUM entwickelten Laminarprofils – adaptive Verstellmechanismen, sog. Compliant Mechanisms, hergestellt, welche eine Eingangsverformung an einem Aktuationspunkt durch die elastische Verformung ihrer fachwerkähnlichen Topologie in eine präzise Formveränderung des gesamten Profils der Flügelvorderkante umwandelt. Hierfür wurden unterschiedliche additive Fertigungsverfahren (Lasersintern, FLM, AKF Freeformer) und Materialien (u. a. Hochleistungspolymere, FVK) auf ihre Eignung untersucht. Sowohl intermittierende Zugversuche zur Ermittlung einer Reversibilitätsgrenze als auch ein eigens konzipierter und überwiegend aus gedruckten Bauteilen bestehender Versuchsprüfstand halfen dabei, die Langzeitperformance der unterschiedlichen Scharniere zu bewerten. Schließlich konnten per SLS verschiedene, an die Flügelinnenstruktur angepasste Mechanismen gedruckt werden und in ein Versuchsflügelsegment eingebaut werden. Die Prüfung dessen wird von der TUM vorgenommen.
„In andere Flugobjekte integrieren“
Die im Projekt generierten Ergebnisse können perspektivisch auch auf andere Anwendungen übertragen werden. „Es liegt auf der Hand, dass solch additiv gefertigten Komponenten in andere Flugobjekte, wie Leichtflugzeuge oder Drohnen, integriert werden könnten. Aber auch bspw. der Motor- oder Segelsport bietet ein riesiges Potenzial, topologisch optimierte Compliant Mechanisms aus dem 3D-Druck zu nutzen“, erklärt Patrick Limbach, Materialentwickler am SKZ.
Das SKZ wird weiterhin seine Kompetenz auf dieser Thematik ausbauen und die Ergebnisse in zukünftige Forschungsaktivitäten mit anderen Instituten und Unternehmen einfließen lassen. Interessierte an einer Zusammenarbeit dürfen sich gerne an das SKZ wenden.
Mehr zur Additiven Fertigung am SKZ
Im Verbund mit den Partnern der Technischen Universität München (TUM), Alexander Schleicher GmbH & Co. Segelflugzeugbau und der MP2 Carbon GmbH sollte das bedeutende Potenzial zur Leistungs- und Effizienzsteigerung moderner Segelflugzeuge erschlossen werden, indem deren Flügelstruktur formvariabel gestaltet und dadurch ein Wechsel zwischen Schnell- und Langsam-Zustand ermöglicht wird. Die Projektbasis lieferte die TUM mit einem eigens entwickelten aerodynamischen Entwurf eines Segelflugzeugs, die Flügelstruktur und das Aktuationssystem wurde zusammen mit Schleicher entworfen. Die formvariable Flügelschale aus einem Verbundwerkstoff wurde schließlich von MP2 mitentwickelt und gebaut.
3D-gedruckte Komponenten vom SKZ
Am SKZ wurden – auf Basis des an der TUM entwickelten Laminarprofils – adaptive Verstellmechanismen, sog. Compliant Mechanisms, hergestellt, welche eine Eingangsverformung an einem Aktuationspunkt durch die elastische Verformung ihrer fachwerkähnlichen Topologie in eine präzise Formveränderung des gesamten Profils der Flügelvorderkante umwandelt. Hierfür wurden unterschiedliche additive Fertigungsverfahren (Lasersintern, FLM, AKF Freeformer) und Materialien (u. a. Hochleistungspolymere, FVK) auf ihre Eignung untersucht. Sowohl intermittierende Zugversuche zur Ermittlung einer Reversibilitätsgrenze als auch ein eigens konzipierter und überwiegend aus gedruckten Bauteilen bestehender Versuchsprüfstand halfen dabei, die Langzeitperformance der unterschiedlichen Scharniere zu bewerten. Schließlich konnten per SLS verschiedene, an die Flügelinnenstruktur angepasste Mechanismen gedruckt werden und in ein Versuchsflügelsegment eingebaut werden. Die Prüfung dessen wird von der TUM vorgenommen.
„In andere Flugobjekte integrieren“
Die im Projekt generierten Ergebnisse können perspektivisch auch auf andere Anwendungen übertragen werden. „Es liegt auf der Hand, dass solch additiv gefertigten Komponenten in andere Flugobjekte, wie Leichtflugzeuge oder Drohnen, integriert werden könnten. Aber auch bspw. der Motor- oder Segelsport bietet ein riesiges Potenzial, topologisch optimierte Compliant Mechanisms aus dem 3D-Druck zu nutzen“, erklärt Patrick Limbach, Materialentwickler am SKZ.
Das SKZ wird weiterhin seine Kompetenz auf dieser Thematik ausbauen und die Ergebnisse in zukünftige Forschungsaktivitäten mit anderen Instituten und Unternehmen einfließen lassen. Interessierte an einer Zusammenarbeit dürfen sich gerne an das SKZ wenden.
Mehr zur Additiven Fertigung am SKZ
