Forscher der US-amerikanischen Northwestern University in Illinos haben kürzlich im Wissenschaftsmagazin Journal of Cleaner Production eine Fallstudie veröffentlicht. Demnach lässt sich durch Verwendung von 3D-gedruckten Metall-Bauteilen das Gewicht von Flugzeugen um bis zu 7 Prozent reduzieren. Klarer Kostenvorteil, nicht nur, da sich dadurch der Kerosinverbrauch verringert, sondern auch der Materialaufwand zur Herstellung der Teile signifikant abnimmt.

Die Studie basiert auf Daten der Flugzeugindustrie. Durch die 3D-Druck Technologie, die in der Branche bereits längst Einzug gehalten hat, können leichtere Teile mit wenig bis gar keinem Materialverschnitt hergestellt werden. Zudem ermöglicht die additive Fertigung eine bislang unbekannt Freiheit in der Formgebung, die wiederum zur Materialeinsparung führt.

Eric Masanet, Leiter des Forschungsteams, glaubt allerdings nicht, dass wesentliche Teile des Flugzeugs wie Tragflächen oder komplette Triebwerke in naher Zukunft über den 3D-Druck hergestellt werden können. Vielmehr sind es eher die weniger kritischen Komponenten wie Verbindungsteilen, wie Scharniere, Gurtschnallen und weiteren Ausstattungselementen, die sich über das neue Produktionsverfahren fertigen lassen. Der Studie zufolge werden Modellrechnungen bis ins Jahr 2050 angestellt, die jährliche Energieeinsparungen von 70 bis 173 Millionen Gigajoule pro Jahr ausmachen. Dies wiederum soll eine CO2-Reduktion von 92,1 bis 215 Millionen Tonnen CO2 bewirken, so die Forscher. Zusätzlich werden tausende Tonnen von Materialien wie Aluminium, Titanium und Nickellegierungen eingespart. Masanet schließt daraus, dass sich hierüber eine Gewichtsreduktion von bis zu 7 Prozent ermöglichen lasse.

Airbus setzt additive gefertigte Teile bereits serienmäßig ein

Beispielsweise verwendet der europäische Flugzeugbauer Airbus beim A350 bereits Verbindungsteile, so genannte Brackets, die über den 3D-Druck hergestellt wurden. Das Titanbauteil wurde mittels Laserschmelzen auf Geräten des deutschen Herstellers Concept Laser aus Lichtenfels gedruckt und ist um 30 Prozent leichter als das bisher verwendete.

Das US-Forscherteam schätzt, dass der Treibstoffverbrauch der Maschinen durch die Gewichtsreduzierung um bis zu 6,4 Prozent sinken könnte, was sich nicht nur positiv auf die Kosten, sondern natürlich auch auf die Umwelt auswirkt. Überdies wurde ermittelt, dass durch die Herstellung der Teile mittels 3D-Druck ein Drittel bis um die Hälfte weniger Energie verbraucht als konventionelle Methoden.

Realistisch sieht Masanet aber auch die derzeitigen Mankos der 3D-Druck Technologie. Es müsste noch weiter an deren Verbesserung gearbeitet und geforscht werden, um bisherige Einschränkungen und Probleme wie Restspannungen, Oberflächenqualität, Verarbeitungsmenge und Wiederholungsgenauigkeit zu lösen.

Weitere Informationen zur Fallstudie (engl.) unter www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652615004849. 

Bildquelle: Airbus