Air Force nutzt Origin One in der Produktion von Ersatzteilen

Die Herausforderungen für die U.S Air Force in der Produktion von Ersatzteilen steigen zunehmend. In einem offenen Wettbewerb wurden neue kreative 3D-Drucklösungen gesucht, um die Produktion einer verbesserten Version einer Hydraulikschelle, die in F-16-Flugzeugen den strengen Kriterien für die Luft- und Raumfahrt standhalten muss, im 3D-Druck zu optimieren. Erfahren Sie in unserer Fallstudie, wie die Stratasys Origin One dazu eingesetzt wurde.

Effizientere Herstellungsmethode in der Produktion von Ersatzteilen

Zunehmend ist die U.S. Air Force Herausforderungen wie höheren Produktionskosten, langen Lieferzeiten oder der Flexibilität der Lieferkette ausgesetzt, wenn sie Ersatzteile zur Instandhaltung benötigt. Um die Flugzeuge und die Flotte einsatzfähig zu halten, sucht die U.S. Air Force häufig innovative technische Lösungen. 2020 veranstaltete das Ministerium einen offenen Wettbewerb um dort einen neuen, kreativen Weg zur Herstellung von hydraulischen Klemmen mit Hilfe der additiven Fertigung zu finden.

Tausende dieser C3175-Schellen werden in den F-16-Flugzeugen der Luftwaffe eingesetzt, zum Beispiel in Fahrwerkshohlräumen. Und häufig versagen sie, da sie Vibrationen, Chemikalien in der Umgebung oder Hitzeeinwirkung ausgesetzt sind. Bisher wurden diese Klemmen im Spritzgussverfahren oder maschinell auf CNC-Maschinen aus einem Phenolmaterial gefertigt, das giftiges Formaldehyd abgibt.

nTopology und Stress Engineering Services kamen auf Origin zu, um eine neue Design- und Fertigungslösung für die C3175- 9J Klemme zu entwickeln. Das Ziel war dadurch die Produktion von Ersatzteilen zu vereinfachen. Das Team wollte dabei die Origin P3™-Technologie der Origin One, die Topologie-Optimierungsalgorithmen von nTopology und die Analysekompetenz von Stress Engineering Services bündeln und in nur zwei Wochen wurde eine neue 3D-gedruckte Lösung gefunden. Täglich wurden dabei neue Designiterationen umgesetzt, der Prototyp entwickelt und getestet, damit er die strengen Anforderungen der Luftfahrt erfüllt, weniger wiegt und effizienter in der Herstellung ist.

Die Suche nach dem passenden Material

Für die Schellenhälften wählte das Team ein innovatives, flammhemmendes Material von Henkel das die strengen Fluganforderungen der Air Force und die UL 94 V-0 Norm (brennt innerhalb von 10 Sekunden nicht mehr) erfüllt. LOCTITE® 3955, ein Photopolymer-Material mit FST-Einstufung (Flammen, Rauch, Toxizität), ist flammhemmend, extrem chemisch beständig und kann auch einen weiten Niedrig- und Hochtemperaturbereich abdecken. Zudem vermeidet LOCTITE 3955 die Spannungsrelaxation, wie sie bei thermoplastischen Werkstoffen auftritt.

Das Team setzte die fortschrittliche Software der Origin One ein. Es druckte damit zwei verschiedene Materialien, das steife LOCTITE 3955 und ein flexibles Elastomer, LOCTITE IND402, das als Verbindungsstück die beiden Klammerhälften verbindet. Dies vereinfachte die nachgelagerte Montage für die Flugzeugtechniker und erleichterte den Einbau der Schellen. Jede Baugruppe wurde zusätzlich während des Drucks mit einer Seriennummer versehen, um die Inventarisierung, Rückverfolgbarkeit und Herkunft der Teile sicherzustellen.

Der Einsatz der Origin One reduziert die hohen Kosten für die Werkzeugerstellung bei Kleinserien oder Sonderanfertigungen und bietet die Flexibilität, Teilekonstruktionen schnell und kostengünstig zu ändern. Während sich die Kosten in der Produktion von Ersatzteilen senken, bleibt die dabei Qualität sehr hoch. Bei dieser Anwendung ist die Stratasys Origin One in der Lage, 54 Klammerhälften in nur 24 Minuten zu produzieren. An einem einzigen Tag kann die Origin One 1.296 Schellenhälften drucken. Und auch die Nachbearbeitung der gedruckten Teile kann in etwa 20 Minuten abgeschlossen werden.

Ein überzeugendes Endprodukt

In einem aufregenden atmosphärischen Ereignis, der von der RSO ausgerichteten Advanced Manufacturing Olympics, hat das Team Origin, nTopology und Stress Engineering Services den ersten Preis gewonnen und setzte sich gegen die harte Konkurrenz von Expertenteams und OEMs aus den gesamten USA durch.

Letztendlich druckte das Team über 400 verschiedene Teile sowie kundenspezifische Testvorrichtungen für interne Funktionstests. 100 Tests untersuchten die Installation, Haltbarkeit, Temperaturauswirkungen, Toleranzen, Trägheits- und Handhabungslasten. Das Endergebnis der optimierten Schellenkonstruktion für die C3175-9J für F-16-Flugzeuge verdoppelte die Festigkeit des Originalteils bei gleichzeitig geringerem Gewicht.

Produktion von Ersatzteilen auf neuem Niveau

Die Stratasys Origin One ist ein revolutionärer 3D-Drucker, der die Serienproduktion von Endverbrauchsteilen aus einer Vielzahl von Hochleistungsmaterialien ermöglicht. Hersteller können mit der Programmable PhotoPolymerization P3™ Technologie eine branchenführende Detailgenauigkeit, Konsistenz und herausragende mechanische Eigenschaften erzielen. Der hohe Durchsatz in Kombination mit der erstklassigen Wiederholbarkeit ermöglicht eine Ausweitung der Produktion, kürzere Markteinführungszeiten und Flexibilität bei der Reaktion auf Nachfrageschwankungen bei gleichzeitig minimaler Lagerhaltung. Bewältigen Sie auch die anspruchsvollsten Anwendungen noch heute.