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Fallstudien aus der Rüstungsindustrie

3D-Druck ist immer da, wenn Sie ihn wirklich brauchen

Wenn Sie Ressourcen optimal nutzen und unter extremen Bedingungen Sicherheit bieten müssen, sind Innovationen mehr als eine Frage des Wettbewerbs – sie sind lebensrettend.

Hersteller in der Rüstungsindustrie setzen auf 3D-Druck, um ohne große Vorlaufzeit speziell angepasste militärische Ausrüstung zu fertigen.

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Trainer Development Flight (TDF) auf der Sheppard Air Force Base in Wichita Falls, Texas, ist eine Einrichtung, die Schulungsmaterialien für die Air Force und alle Abteilungen des Verteidigungsministeriums entwickelt und fertigt. Diese Materialien werden in zahlreichen Schulungsbereichen verwendet, z. B. Bordelektronik, Bewaffnung und Treibstoffversorgung, beim medizinischen Bereitschaftsdienst, bei Heizung, Lüftung und Klimatisierung sowie bei den Telekommunikationssystemen.

Bei den Schulungsmaterialien und -hilfen handelt es sich je nach Bedarf um Originalprodukte oder Nachbildungen. Geräte müssen hierbei auch oftmals nicht funktionstüchtig sein, sodass es in der Regel zu teuer ist, das eigentliche Produkt anzuschaffen. Für die meisten Schulungsanwendungen ist es wirtschaftlicher, die Teilnehmer anhand von Nachbildungen zu schulen und auf teure Ausrüstung zu verzichten.

TDF fertigt die meisten Schulungsmaterialien digital. Dafür kommen an einem zentralen Standort vier FDM-Maschinen und (schlanke) AFSO 21-Prozesse zum Einsatz.

Eine echte Herausforderung

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Vor der Einführung der direkten digitalen Fertigung verwendete TDF zur Herstellung seiner Produkte herkömmliche Fertigungsmethoden. Die herkömmliche Fertigung erfordert in der Regel längere Vorlaufzeiten, da häufig mehrere Schritte wie z. B. Fräsen, Drehen, Schweißen, Blechbearbeitung und Schneiden notwendig sind. Ein ähnliches Problem tritt beim Fertigen der Formen für Bauteile auf.

“Da die meisten unserer Projekte entweder Einzelstücke sind oder nur in sehr geringen Stückzahlen gefertigt werden, sind herkömmliche Methoden sehr teuer”, so Mitchell Weatherly, Chief bei TDF. “Nur etwa zehn Prozent unserer Arbeit betrifft die Fertigung von Prototypen, 90 Prozent sind Produktion.”

Eine echte Lösung

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Vor der Entscheidung für FDM zog TDF laut Weatherly “unzählige” andere generative Verfahren in Erwägung. “Bei FDM muss die Investition vorab und nicht dauerhaft erfolgen”, sagt er. “Die Teile sind robust und verfügen über hohe Detailgenauigkeit, die wir benötigen. Zudem ist der Prozess umweltverträglich – ohne jegliche Abfallprodukte.”

TDF ist verantwortlich für die Entwicklung und Fertigung der genauen Nachbildung einer Drohne zur Schulung von Wartungstechnikern. Viele der inneren und äußeren Komponenten wurden mit den FDM-Maschinen gefertigt. Darunter die Flugzelle sowie viele der Verkleidungen, Propeller und Antennen. Daneben wurden einige echte Drohnenkomponenten beim OEM erworben.

Ein echter Vorteil

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Allein die große Antenne der Drohne konnten die FDM-Maschinen etwa zehnmal so schnell fertigen, wie für herkömmliche Verfahren veranschlagt wurde. Zudem wurde eine Einsparung von mehr als 12.000 Dollar erzielt. Und das nicht nur dank der schnelleren Fertigung. Eine externe Werkstatt hätte für die Antenne bis zu 20 Tage benötigt, während mit der FDM-Technologie nur zwei Tage zu Buche standen — und hiervon nur 15 bis 20 Arbeitsminuten. In einigen Bereichen des Drohnenprojekts konnten insgesamt bis zu drei Jahre eingespart werden. Dazu kommen, gemeinsam mit anderen Schulungsprodukten, Einsparungen in Höhe von 800.000 Dollar über die letzten vier Jahre.

“Zu den Hauptvorteilen des FDM-Systems gehören die Schnelligkeit im Vergleich zu anderen Prozessen und Fertigungsmethoden, die Flexibilität von FDM im Vergleich zum Spritzguss und die Möglichkeit, gleichzeitig mehrere Teile durch das System laufen zu lassen”, so Weatherly. Weitere Vorteilen sind die einfache Wartung sowie die Möglichkeit, eine Vielzahl an Materialien für unterschiedliche Zwecke zu verwenden. “Dazu kommen die Entwicklung anhand der jeweiligen Funktionsanforderungen anstelle der Einschränkungen bei der Fertigung sowie die Möglichkeit, Entwurfsänderungen umgehend und günstig umzusetzen. Die Flexibilität, beliebige Bauteile ohne jegliche Schadstoffrückstände zu fertigen, ist eine der größten Vorteile für die Air Force”, so Weatherly. ”Die FDM-Maschinen kamen bei einer Reihe von Schulungsprojekte mit knappen Budgets zum Einsatz. Außerdem setzen wir FDM bei der Forschung und Entwicklung ein, damit unsere Piloten und Soldaten ein realitätsgetreues Training erhalten.

“Beim Kauf unserer ersten FDM-Maschine hatten wir die Amortisation auf vier Jahre veranschlagt, letztlich waren es jedoch nur 18 Monate”, so Weatherly. “Die zweite FDM-Maschine hat sich bereits nach nur neun Monate rentiert. Herkömmliche Methoden und bestens ausgebildete Techniker werden zwar immer unverzichtbar bleiben, doch können wir ihnen jetzt die passenden Werkzeuge und eine neue Technologie anbieten, die ihre Aufgabe einfacher und kostengünstiger macht. Ich bin überzeugt, dass FDM eine der fortgeschrittensten Technologien und wichtigsten Fertigungsmethoden auf dem Markt ist. Seit wir 2004 unsere ersten vier Maschinen erwarben, hat der FDM-Prozess der Regierung mehr als 3,8 Millionen Dollar gespart, und wir erwarten für einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren Einsparungen über 15 Millionen Dollar. “

[Hinweis des Redakteurs: TDF (Trainer Development Flight) hat im Jahr 2008 den Air Force Chief of Staff Team Excellence Award für den Einsatz der FDM-Technologie und weiterer moderner Fertigungsmethoden erhalten. Es ist als wichtigstes Kompetenzzentrum für die Fertigung von Schulungsmaterialien und -hilfen für die Air Force und andere Dienststellen des Verteidigungsministeriums anerkannt.]

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