Im Forschungsprojekt RAFINESS – kurz für Robotergeführte Additive Fertigung integrierter, nachhaltiger und elektrisch leitfähiger Schnittstellen für Kabinen-Sandwichstrukturen – geht es um neue Befestigungssysteme. Über diese verbindet man Bauteile der Kabine mit der Rumpfstruktur des Flugzeugs. Das RAFINESS-Team untersucht, wie man diese Verbindungsstücke am Beispiel eines Overhead Bins (Gepäckfachs) intelligent fertigen kann.
Aktueller Status im Flugzeugbau
Das ist aktuell noch ein manueller Prozess, da der Vorgang je nach Flugzeugkabine individuell ist. Es werden Öffnungen gefräst und entsprechende Montagepunkte eingeklebt. Nachdem eine Kabinenstruktur innerhalb des Flugzeugs installiert wurde, muss im nächsten Schritt ein/e Elektriker:in hinter der Installation die Kabel verbinden für Strom und Daten.
Das Projektziel
Das Gemeinschaftsprojekt, angeregt durch SFS Intec, hat sich zum Ziel gesetzt ein völlig neues und ganzheitliches Konzept für Befestigungssysteme zu entwickeln. Diese sollen mit Hilfe von Additiver Fertigung automatisiert auf das Overhead Bin aufgedruckt werden. Das Projektteam automatisiert daher den gesamten Fertigungsprozess und reduziert so die einzelnen kleinen Arbeitsschritte. Gleichzeitig sollten die Verbindungsstücke durch eine Strom- und Datenversorgung erweitert werden.
Schwerpunkt der ZAL GmbH
Das Team der ZAL GmbH widmet sich bei RAFINESS schwerpunktmäßig dem automatisierten Drucken auf bestehende Strukturen (hier das Overhead Bin) mit zwei kooperierenden Sechsachsrobotern. Das eine Robotersystem druckt das Strukturmaterial, während der andere Roboter unterstützende Aufgaben wie das Drucken von Leiterbahnen übernimmt. Dieser Prozess muss genau abgestimmt und koordiniert sein.
Mehr Nachhaltigkeit
Die Befestigungssysteme sollen am Ende aus einem nachhaltigeren Material gefertigt werden. Die Kabinenstruktur bleibt 7 bis 10 Jahre in der Kabine. Spätestens mit dem Level-D-Check, bei dem ein Flugzeug einmal komplett überprüft wird, nimmt man die ganze Kabine raus, um alle Aluminiumteile zu überprüfen. Meist wird dann eine neue Kabine eingebaut und das alte Kabinenmaterial entsorgt. Aktuell genutzte Systeme zur Befestigung bestehen aus vielen verschiedenen Materialien sowie Einzelteilen und sind fest mit der Kabinenstruktur verklebt, was Materialtrennung und Recycling erschwert. Der Ansatz von RAFINESS ist, den ganzen Prozess nicht nur zu verschlanken und zu automatisieren, sondern auch nachhaltigere Polymere zu verwenden. Materialien, die man schlussendlich einer thermischen Verwertung zuführen kann und bei denen ein Anteil auf nachwachsenden Rohstoffen basiert. Ziel ist es, mindestens 50% biobasierte Polymere zu verwenden und den CO2-Fußabdruck um 30% gegenüber dem herkömmlichen Fertigungsprozess zu reduzieren.
Herausforderungen
Bei dem Neukonzeptionierung der Verbindungsstücke sind Sicherheits- und Brandschutzvorgaben zu beachten. Die Herausforderung liegt ebenfalls darin, mechanisch belastete Befestigungssysteme zu drucken. Optisch ansprechende und große Teile mit der Additiven Fertigung herzustellen, ist gängige Praxis. Bauteile zu fertigen, die hingegen eine mechanische Belastung standhalten müssen und die sicherheitsrelevant sind – das ist der nächste Schritt. Um sicherzugehen, dass das Bauteil die erforderlichen Belastungen aushält, muss das Team den ganzen Druckprozess genau kontrollieren und die Parameter messen. Die Verbindungsstücke und das Gepäckfach werden mit der neunfachen Gewichtsbelastung getestet, als sie normalerweise halten müssen. Das heißt, wenn man im Flugzeug ein Overhead Bin mit 100 kg über dem Kopf schweben hat, müssen die Befestigungspunkte 900 kg aushalten. Das ist für Kunststoffbauteile enorm. Aber auch das ist Teil des ganzheitlichen Ansatzes im Projekt RAFINESS.
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Ansprechpartner RAFINESS:
Dr. Jan-Ole Kühn
Technical Manager
+49 40 248 595-152
Partner:
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, SFS Intec
RAFINESS wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des 6. Luftfahrtforschungsprogramms (2. Aufruf) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Wir danken ausdrücklich für die finanzielle Unterstützung.
