Funktions-Integrierte Optimierte Neuartige Additive Strukturen (FIONA)

BMWi

 

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FKZ: 20W1913C

Projekthintergrund

Ursprünglich wurde die additive Fertigung als Rapid Prototyping bezeichnet. Das Rapid Prototyping sollte als eine schnelle und kostengünstige Methode zur Herstellung eines Prototyps dienen [1].

Additiv hergestellte Bauteile für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt können sehr komplex sein und müssen meist extremen Anforderungen genügen. Diese extremen Anforderungen können wiederum zu komplexen Strukturen führen. Diese Komplexität stellt bestehende Fertigungsverfahren vor Herausforderungen und kann zudem bei weiter steigender Komplexität die Herstellungskosten für traditionelle Herstellungsprozesse weiter ansteigen lassen.

In Flugzeugbordnetzen erfolgt die Übertragung elektrischer Energie mit Hilfe von Kabelbäumen. Diese können ein hohes Gewicht aufweisen, was zu einem hohen Treibstoffverbrauch der Flugzeuge führt. Die Integration von elektrischen Funktionen in bestehende Flugzeugbauteile bietet daher das Potential, das Flugzeuggewicht zu verringern und dadurch Treibstoff einzusparen. Das elektrische System eines Flugzeugs gehört zu den kritischen Systemen eines Flugzeuges [2]. Da die elektrischen Kabelbäume in Verkehrsflugzeugen seit langer Zeit praktisch auf die gleiche Weise hergestellt werden, sind sie über die Jahre sehr zuverlässig und robust geworden. Dadurch war es bisher schwierig, sie durch etwas ähnlich Zuverlässiges und Robustes zu ersetzen. Einige Elemente der Kabelbäume werden in Handarbeit gefertigt, andere bedürfen vieler Arbeitsschritte und einen entsprechend hohen Arbeitsaufwand. Durch die Integration von elektrischen Funktionen in bestehenden Flugzeugbauteile könnte dies vereinfacht werden.

Im Rahmen einer Voruntersuchung zur Integration von elektrischen Funktionen in 3D-Druck-Bauteile, die von der HSU durchgeführt wurde, wurden die gewünschten geometrischen und materiellen Eigenschaften für 3D-Druckproben, die mit elektrischen Funktionen zur Anwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie integriert sind, diskutiert. Es wurden zudem verschiedene gewünschte Designaspekte der additiv hergestellten Bauteile in der Vorbereitung auf elektrische Tests beschrieben. Es wurden verschiedene Arten von potentiellem AM-Materialen bezüglich ihrer Eigenschaften, der anwendbaren Technologien und der elektrischen Leitfähigkeit untersucht.

Die Erforschung, Entwicklung und Erprobung von Testverfahren für AM-Bauteile im Rahmen des Projektes FIONA ergänzt die aktuellen standardisierten Testverfahren um die notwendigen Prozesse und identifiziert die wesentlichen Parameter zur Weiterentwicklung der Materialien für die AM-Technologie für Flugzeuganwendungen. Des weiteren ermöglichen einheitliche Testverfahren die Validierung unterschiedlicher Technologien und Materialkombinationen hinsichtlich der Parameter Spannungsfestigkeit, Stromtragfähigkeit, Störlichtbogenfestigkeit und Sensitivität gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen. Einheitliche Testverfahren ermöglichen die Durchführung von statistisch auswertbaren Langzeitversuchen zur Bewertung von Alterungsprozessen und Bestimmung von Zuverlässigkeitsparametern wie der mittleren Ausfallwahrscheinlichkeit.

Projektziel

Das Teilprojekt der HSU beinhaltet die Entwicklung von standardisierten elektrischen Testmethoden für additiv hergestellte Flugzeugbauteile für Luftfahrtanwendungen mit integrierten elektrischen Funktionen. Im Folgenden werden die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Teilvorhabens beschrieben, die zur Erreichung der Arbeitsziele des Gesamtvorhabens dienen.

Arbeitsziele

Das Projekt „Funktions-Integrierte Optimierte Neuartige Additive Strukturen (FIONA)“ im Rahmen des „Luftfahrtforschungsprogramm VI-1“ des BMWi hat eine Projektdauer von dreieinhalb Jahren läuft über den Zeitraum 01.10.2020 bis 31.03.2024.

Quellen

[1] P. Constantinou and S. Roy, “A 3D printed electromagnetic nonlinear vibration energy harvester,” Smart Mater. Struct., vol. 25, no. 9, 2016.
[2] V. L. Press and A. M. Bruning, “Advanced Risk Assessment Methods for Aircraft Electrical Wiring Interconnection Systems ( EWIS ),” 2002.

Vorarbeiten

P. Constantinou and S. Roy, “A 3D printed electromagnetic nonlinear vibration energy harvester”,  Smart Mater. Struct., vol. 25, no. 9, 2016.
Y. M. Like, “Airbus plans 3D printed airplanes by 2050”, pp. 1–3, 2018.
R. Krempin, “ Experimentelle Evaluierung der Eignung von ausgewählten Fertigungsverfahren zur Nachbearbeitung von FDM-3D-Druckbauteilen aus PLA”, 2017.
S. Darvish, D. Schulz, “Study, assessment and testing of technologies to incorporate electrical functions in aircraft parts”, 2018.
S. Darvish, D. Schulz, “SP1806489 Investigation of 3D printing for integration of electrical functions”, 2018.
S. Darvish, R. Jordan, D. Schulz, “Report on lab test request of AM specimens for integration of electrics in aircrafts parts”, 2018.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz (Teilprojektleiter)
Sahar Darvish, M.Sc.
Dipl.-Ing. (FH) Reiner Jordan
Fakultät für Elektrotechnik
Elektrische Energiesysteme

HSU

Letzte Änderung: 27. Mai 2021