Titan in der Luft- und Raumfahrt

Leichtbau

In der Luft- und Raumfahrt wird standardmäßig hauptsächlich mit Aluminium und CFK gearbeitet. Beide Werkstoffe zeichnen sich besonders durch ihr hohes Leichtbaupotenzial aus, was in der Branche auch besonders beachtet wird. Jedes eingesparte Kilogramm spart an Strukturmasse und kann dafür mit zusätzlichen zahlenden Passagieren oder mehr Nutzlast aufgewogen werden. Warum sollte man daran also etwas ändern?

Weil der Einsatz von Aluminium wie auch der von CFK einige Nachteile aufweist. Alu besitzt nur eine relativ geringe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit. CFK ist teuer, schlecht bearbeitbar und weist nur in Faserrichtung gute mechanische Eigenschaften auf. Bei Impactschäden, also stoßartigen Belastungen quer zur Faserrichtung, sind so schnell teure Reparaturmaßnahmen fällig.

Titan

Ein Werkstoff der sich im Gesamtpaket für die Anforderungen der Branche besser eignet, ist Titan. Dieses Metall ist ebenfalls relativ leicht, gut schweißbar und weist vor allem eine sehr hohe Festigkeit auf, auch noch bei hohen Temperaturen. Das ist gerade im Bereich der Triebwerke eine Hauptanforderung. Titan wird für viele hoch belastete und beanspruchte Strukturbauteile verwendet, auch wenn es wie CFK ein sehr teures Material ist. Vom Rohstoffpreis einmal abgesehen, ist gerade die Bearbeitung teuer und schwierig. Titan lässt sich nur schlecht zerspanen und bei Zerspanungsraten von bis zu 95 % in der Luft- und Raumfahrt sind die Bearbeitungszeiten extrem lang und der Werkzeugverschleiß relativ hoch.

Additive Fertigung von Titanbauteilen als Lösung

Mittels metallischem 3D-Druck können neue, effektivere Fertigungsprozesse bei der Bauteilherstellung mit Titan angeboten werden. Teile werden dabei aus Titanpulver additiv in einem Sinterprozess hergestellt. Werkzeugverschleiß entfällt dabei genau wie lange Bearbeitungszeiten durch schlechte Zerspanraten. Konstruktionen sind frei von geometrischen und fertigungstechnischen Grenzen und zudem meist um bis zu 30 % leichter als gefräste oder gegossene Bauteile. Zur Verdeutlichung Im Flugzeugbau können konventionell hergestellte Titanbauteile mit Halbzeugabmaßen von 100 x 100 x 150 mm schon einmal über 100.000 € pro Musterbauteil kosten. Davon beanspruchen die Maschinenkosten jedoch den größten Anteil (schlechte Zerspanraten, lange Bearbeitungszeiten, hoher Werkzeuverschleiß). Kann dies mittels 3D-Druckverfahren umgangen werden, können auch die Bauteile billiger hergestellt und angeboten werden.

Das Potential ist groß