Premium AEROTEC demonstreert hybride CFRP-AM-metaalontwerp voor toekomstige lichtgewicht vliegtuigconstructies

De vliegtuigconstructies van tegenwoordig bestaan ​​uit veel verschillende materialen. Zo is de romp en vleugelstructuur van de Airbus A350XWB voornamelijk opgebouwd uit composieten met enkele metalen onderdelen. Hier worden onderdelen, volgens klassiek hybride ontwerp, met bouten en klinknagels verbonden. Dit ontwerp leidt tot hoge montagetijd, inspanning en kosten. Bovendien zorgt het grote aantal bevestigingsmiddelen in dit klassieke hybride ontwerp voor onnodig gewicht en voor spanningsconcentraties op punten waar de belasting wordt ingevoerd.

In het project TOAST heeft Premium AEROTEC (Augsburg, Duitsland), een Tier 1-leverancier van rompconstructies voor de A350, volledig nieuwe methoden gepresenteerd voor het verbinden van composieten en metalen. Op deze manier kunnen de nadelen van het klassieke hybride ontwerp met bouten en klinknagels worden geëlimineerd. Premium AEROTEC ontwikkelde en vervaardigde in minder dan vijf maanden een demonstratiemodel voor een luchtrem-achtige structuur van een vliegtuig, met behulp van een modern hybride ontwerp. Het bestond uit een titanium belastingintroductiefitting gemaakt met additieve fabricage (AM) en een koolstofvezelversterkte polymeer (CFRP) thermoplastische composietplaat, verbonden met behulp van thermoplastische composiet overmolding.

De innovatie van deze demonstrator is de verbinding van de verschillende materialen zonder bouten of bevestigingsmiddelen. Dit werd alleen mogelijk gemaakt door het gebruik van additive manufacturing en thermoplastische overmolding. De titanium fitting is ontworpen met pinnen aan de onderkant en ribben ontworpen met gyroid-structuren, beide gemakkelijk geproduceerd met AM. Het AM-titaniumdeel en een thermoplastische composietplaat werden vervolgens in een thermovormmatrijs geplaatst. De twee componenten werden samengeperst in een thermovormproces met onmiddellijk daarna een spuitgietstap. Tijdens deze stap werden de V-vormige thermoplastische composietribben omgevormd en in de sponsachtige gyroid-ribben van de titanium fitting gedrukt.

De verbindingen in deze hybride demonstrator zijn gerealiseerd door materiaalverbinding (CFRP – CFRP) of vormsluiting (titanium AM – CFRP). Parallel werden structurele tests uitgevoerd om de mechanische eigenschappen van de verbindingen te bepalen. Deze tests toonden aan dat de capaciteiten voor belastingoverdracht vergelijkbaar waren met die met klinknagels en bouten.

De voordelen van dit moderne hybride ontwerp, in vergelijking met het klassieke ontwerp met mechanische bevestigingsmiddelen, zijn onder meer een snelle fabricage en montage zonder bevestigingsmiddelen, er zijn minder onderdelen nodig en de processtappen voor de montage zijn korter en geautomatiseerd. Bovendien leidt de efficiëntie van de ontwerpvrijheden die worden benut door het gebruik van AM en spuitgieten tot gewichtsverminderingen. Deze technologie kan overal worden toegepast waar belastingen tussen punten en oppervlakken moeten worden overgedragen.

Premium AEROTEC is de eerste componentenfabrikant ter wereld die 3D-geprinte componenten van titaniumlegeringen levert voor de productie van seriële vliegtuigen. Premium AEROTEC is een wereldspeler in de luchtvaartindustrie en realiseerde in 2018 een omzet van € 2 miljard. De kernactiviteit is het ontwerpen en bouwen van vliegtuigconstructies in metaal- en koolstofvezelcomposietmaterialen. Het bedrijf heeft vestigingen in Augsburg, Bremen, Hamburg, Nordenham en Varel in Duitsland en Braşov in Roemenië. Premium AEROTEC heeft wereldwijd ongeveer 10.000 mensen in dienst.