Die US-Luftwaffe steht bei der Wartung alternder Flugzeugkomponenten mit herkömmlichen Fertigungsmethoden zunehmend vor Herausforderungen hinsichtlich Kosten, Geschwindigkeit und Flexibilität der Lieferkette. Die Behörde sucht daher häufig nach innovativen technischen Lösungen, um die Flugzeuge in der Luft zu halten und die Flotte zu modernisieren. Im Jahr 2020 veranstaltete sie einen offenen Wettbewerb, um schnell neue und kreative 3D-Drucklösungen für die C3175-Familie von Hydraulikleitungsklemmen zu finden. Tausende dieser Klemmen werden in den F-16-Flugzeugen der Luftwaffe verwendet, beispielsweise in den Aussparungen des Fahrwerks, und sie versagen häufig nach längerer Einwirkung von Vibrationen, Chemikalien in der Umgebung und Temperaturwechseln. In der Vergangenheit wurden diese Klemmen aus einem Phenolharzmaterial spritzgegossen oder CNC-gefräst, das giftiges Formaldehyd ausgasen.
nTopology und Stress Engineering Services wandten sich an Origin (das 2021 von Stratasys übernommen wurde), um gemeinsam eine neue Konstruktions- und Fertigungslösung für die Klemme C3175-9J zu entwickeln. Das Team wollte die P3™-Technologie von Origin One, die Topologieoptimierungsalgorithmen von nTopology und die Konstruktions- und Analysekompetenz von Stress Engineering Services nutzen. In nur zwei Wochen, in denen täglich Designiterationen, Prototypen und Tests von Ersatzdesigns durchgeführt wurden, gelang es, eine neue, 3D-gedruckte Lösung zu entwickeln, die die strengen Lufttüchtigkeitsanforderungen erfüllt, weniger wiegt und effizienter herzustellen ist.
Für die Klemmhälften wählte das Team einen innovativen, flammhemmenden Werkstoff von Henkel, der die strengen Fluganforderungen der Luftwaffe erfüllte und die Prüfung UL 94 V-0 (Brennstillstand innerhalb von 10 Sekunden) bestanden hatte. LOCTITE® 3955, ein flamm-, rauch- und giftfreies (FST) Photopolymermaterial, ist flammhemmend, extrem chemikalienbeständig und auch für einen breiten Temperaturbereich geeignet. LOCTITE 3955 verhindert das für thermoplastische Materialien typische Spannungsrelaxationsverhalten.
Das Team verwendete fortschrittliche Software auf der Origin One um zwei verschiedene Materialien zu drucken: das steife, flammhemmende Material und ein flexibles Elastomer, LOCTITE IND402, das als Verbindung zwischen den beiden Klemmhälften diente. Dies vereinfachte die nachgelagerte Montage für die Flugzeugtechniker und erleichterte die Installation der Klemmen vor Ort. Jede Baugruppe wurde während des Druckvorgangs zur Teilebestandsaufnahme, Rückverfolgbarkeit und Herkunftsnachweis serialisiert.
Die Verwendung der Origin One-Plattform reduziert die hohen Werkzeugkosten für Kleinserien oder Sonderanfertigungen und bietet die Flexibilität, Teiledesigns schnell und kostengünstig zu ändern. Die Qualität bleibt hoch und die Kosten können gesenkt werden. Für diese Anwendung ist Stratasys Origin One in der Lage, 54 Klemmenhälften in 24 Minuten herzustellen. Mit einem Drucker können 1.296 Klemmenhälften an einem einzigen Tag gedruckt werden. Die Nachbearbeitung eines gedruckten Batches kann in etwa 20 Minuten abgeschlossen werden..
In einem spannenden Finale der von RSO veranstalteten Advanced Manufacturing Olympics gewann das Team von Origin, nTop und Stress den ersten Preis und setzte sich gegen starke Konkurrenz aus Expertenteams und OEMs aus den gesamten USA durch. Letztendlich druckte das Team über 400 verschiedene Teile sowie kundenspezifische Testvorrichtungen für interne Funktionstests. In 100 Tests wurden die Installation, die Rohrhalterung, Temperaturtoleranzen, Trägheitslasten und Handhabungslasten geprüft. Das endgültige, optimierte Klemmendesign für das Bauteil C3175-9J, das in F-16-Flugzeugen zum Einsatz kommt, verdoppelte die Festigkeit des Originalbauteils bei geringerem Gewicht.
Die Stratasys Origin One ist ein transformativer 3D-Drucker, der die Massenfertigung von Endbauteilen aus einer Vielzahl von Hochleistungswerkstoffen ermöglicht. Mit der programmierbaren Photopolymerisationstechnologie P3™ erzielen Hersteller branchenführende Genauigkeit, Konsistenz, Detailtreue und mechanische Eigenschaften. Der hohe Durchsatz in Verbindung mit erstklassiger Wiederholgenauigkeit ermöglicht eine verzögerungsfreie Produktionsausweitung, schnellere Markteinführungszeiten und Flexibilität bei Nachfrageschwankungen bei minimalen Lagerbeständen. Nehmen Sie noch heute die anspruchsvollsten Anwendungen in Angriff.
