Boom Supersonic fliegt mit AM-Geschwindigkeit

In einer Branche, die auf Präzision und Leistung aufgebaut ist, schreibt Boom Supersonic die Regeln mit Pulver und Laserlicht neu. Der Weg des Unternehmens von der intensiven Nutzung des 3D-Drucks von Polymeren für Vorrichtungen bis hin zum Sprung ins Herz der Triebwerksinnovation ist ein Beleg für das Versprechen der additiven Fertigung (AM). Für Ruslan Pshichenko, Manufacturing and Additive Engineer bei Boom, geht es bei diesem Prozess nicht nur um das Drucken von Teilen, sondern um die Entwicklung einer Revolution im Flug, Schicht für Schicht.

Vom Kunststoff zur Metallkraft

Die Beziehung von Boom zum 3D-Druck begann in den frühen Phasen des XB-1, dem ersten und unglaublich erfolgreichen Überschall-Demonstrationsflugzeug des Unternehmens. Pshichenko erinnert sich: „Wir hatten die Maschinen, wir wussten, dass wir sie benutzen würden, aber erst als wir auf Hindernisse stießen, wurde uns klar – oh, warte, wir können das drucken.“ Mit Hilfe von Stratasys FDM-Druckern wie dem F900 und dem F450mc druckte das Team fast 350 flugtaugliche thermoplastische Teile und über 750 Bohrerführungen.

Das war nur der Anfang. Mit der Entwicklung von Overture, dem ersten kommerziellen Linienflugzeug, ist Boom von Thermoplasten auf Metalle umgestiegen und hat damit den Weg für den nächsten Schritt geebnet: Symphony, das firmeneigene Triebwerk für Overture, seinen kommerziellen Überschalljet. Das Symphony-Triebwerk wird stufenweise validiert, wobei das Herzstück des Triebwerks, der so genannte Sprint-Kern, in mehreren Iterationen getestet wird. „Der Sprint-Kern ist das Kernstück von Symphony, das als eigenständiger Testgegenstand gebaut wurde, der mit Hilfe von AM-Teilen schnell mehrfach iteriert werden kann“, erklärt Pshichenko, „er umfasst den Hochdruckverdichter, die Brennkammer und die Hochdruckturbine. Indem wir nur den Kern testen, können wir Daten über die Verbrennung sammeln.“

Die Zusammenarbeit zwischen Boom und EOS begann mit dem EOS AM Turnkey Program, einer umfassenden nordamerikanischen Beratungslösung, die darauf abzielt, die Einführung des industriellen 3D-Drucks zu beschleunigen, indem sie fachliche Anleitung mit praktischem Lernen verbindet.

In enger Zusammenarbeit mit dem Additive Minds Team unterstützt dieses End-to-End-Programm Unternehmen in jeder Phase – von der Projektplanung und der Neugestaltung von Komponenten bis hin zur Systemkonfiguration, Schulung und dem vollen Produktionshochlauf – in der sicheren technischen Einrichtung von EOS in Pflugerville, Texas. Durch die Kombination von Echtzeit-Support, kundenspezifischer Anwendungsentwicklung und umfassenden Branchenkenntnissen versetzt AM Turnkey Unternehmen wie Boom in die Lage, kostspielige Fehltritte zu vermeiden, effizient zu skalieren und eine voll funktionsfähige interne Belegschaft für die additive Fertigung aufzubauen.

Die Vereinbarung mit Boom ermöglichte es dem Unternehmen, einen 3D-Drucker zu erwerben und ihn zunächst in der EOS-Einrichtung in Texas zu betreiben, wobei es von EOS-Ingenieuren unterstützt wurde. Jetzt wird der Drucker in das Forschungs- und Entwicklungslabor von Boom verlagert – und das ist erst der Anfang der Zusammenarbeit.

„Das Programm von EOS ist wirklich großartig“, sagt Pshichenko. „Als wir schnell Teile benötigten, war es hilfreich, die steile Lernkurve zu vermeiden, die mit dem metallischen 3D-Druck einhergeht. EOS gewährte uns einige Monate lang Zugang zu der Maschine in ihrem Werk und überließ es ihren Technikern, die ersten Produktionschargen zu bearbeiten. Ihr Fachwissen hat uns wirklich geholfen, die benötigten Teile schnell zu bekommen.“

„Ich bin jeden Monat dorthin gereist, um eine praktische Schulung an der Maschine zu erhalten. Es ist eine fantastische Gelegenheit, unsere Arbeitsabläufe zu rationalisieren und die Produktion zu beschleunigen – ohne die üblichen Verzögerungen, die durch das Erlernen komplexer und heikler Druckverfahren entstehen.“

Entwicklung des Herzstücks eines Überschalltriebwerks

Hier wird eine Flotte von Turbinenschaufeln, Leitschaufeln und Dichtungen zum Leben erweckt. Jedes der 193 hergestellten Bauteile unterstützt den „heißen Bereich“ von Symphony, insbesondere den Bereich der Hochdruckturbine (HPT), wo Temperatur und Belastung die Materialien an ihre Grenzen bringen. Boom verwendet Haynes 282, eine Superlegierung auf Nickelbasis, die für Hochtemperatur- und Hochspannungsumgebungen optimiert ist und sich ideal für Komponenten wie Turbinenschaufeln und -leitbleche eignet.

Pshichenko, der das additive Team (bisher ein Team) leitet, ist bei jedem Schritt dabei: „Diese Teile sind das Herzstück des Sprint Core. Sie sind nicht dekorativ – sie sind funktional, sie sind echt und sie helfen uns, jeden Zentimeter der Motorleistung zu validieren.“ Es handelt sich um echte, funktionierende Teile, die so gebaut wurden, dass sie Daten aus realen Tests liefern.

Mit der EOS M400-4 erreicht Boom dank des Vier-Laser-Systems und des großen Volumens (400 mm) der Maschine eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit. Ein einziges Bauteil, das drei große Turbinenschaufeln enthält, dauert etwa viereinhalb Tage und verbraucht etwa 50 kg Metallpulver, was die industrielle Kapazität und Zuverlässigkeit der Maschine unterstreicht.

Die Macht der Möglichkeiten

Die Vorteile der additiven Fertigung bei Boom gehen über die Geschwindigkeit hinaus. Laut Pshichenko ist es die Freiheit, anders zu denken: „Einer unserer Ingenieure benötigte ein Werkzeug zum gleichmäßigen Verteilen von Klebstoff auf einer 20 Fuß langen Carbon-Bond-Linie. Also haben wir über Nacht ein maßgeschneidertes Versuchswerkzeug gedruckt. Das ist die Art von Flexibilität, die man bei der maschinellen Fertigung einfach nicht hat.“
Diese kreative Agilität wird nun auch auf Metallics ausgeweitet. „Ingenieure von Boom kommen bereits mit Ideen zu mir – Wärmetauscher, Prallrohre, Dichtungen“, erklärt er. „Dass wir die EOS-Maschine im Haus haben, hat ein Umdenken in Gang gesetzt. Wir fragen uns: Was können wir noch drucken?

Aber es ist nicht ohne Herausforderungen. Das Drucken von Metall erfordert komplizierte Unterstützungsstrategien, präzises Depowering und sorgfältige Nachbearbeitungen wie HIP, Wärmebehandlung und EDM. Pshichenko sieht diese Hürden jedoch als überwindbar an, insbesondere mit der richtigen Technologie. „EOS ist führend in der Metall-AM. Bei etwas so Komplexem wie einer Turbinenschaufel braucht man das zuverlässigste System, das man bekommen kann.“

Die Zukunft des Überschalls wird gedruckt

Mit Blick auf die Zukunft sind die Ambitionen von Boom klar. „Wir planen einen Raum für die additive Fertigung in unserer Superfactory“, sagt Pshichenko. „Er ist nicht nur für den Sprintkern gedacht. Es geht um Flughardware, um Werkzeuge, um alles, wo uns die additive Fertigung einen Vorteil verschafft.“

Die Teile, die Boom für seinen Prototyp-Triebwerkskern druckt, sind für Tests und nicht für den Flugbetrieb bestimmt. Das Unternehmen beobachtet jedoch genau, wie sich die Luft- und Raumfahrtindustrie auf FAA-zertifizierte 3D-gedruckte Triebwerksteile zubewegt. Aber das ist nur eine Frage der Zeit. Pshichenko: „Wir arbeiten eng mit der FAA zusammen. Die Validierung ist der Schlüssel. Aber der Weg ist da – wir sind damit nicht allein. Andere wie GE fliegen bereits mit 3D-gedruckten Düsen, aber noch niemand fliegt mit rotierenden Teilen. Das ist die nächste Herausforderung.

Boom geht davon aus, dass Overture bis 2029 für Passagiere bereit sein wird. Und bis dahin könnten viele seiner Systeme – vor allem nicht-strukturelle und Kabinenkomponenten – gedruckt werden. Flammhemmende Thermoplaste wie ULTEM 9085 CG sind bereits im Einsatz, und es werden auch neue Materialien in Betracht gezogen, möglicherweise sogar flammhemmende Pulvermaterialien, die mit SLS verarbeitet werden.

Letztendlich geht es bei der Geschichte von Boom darum, das Mögliche neu zu überdenken. „Hätten wir das auch ohne Additiv machen können?“ fragt Pshichenko. „Vielleicht. Aber es wäre um eine Größenordnung schwieriger gewesen. Additive Verfahren ermöglichen es uns, schnell zu arbeiten, intelligenter zu bauen und ohne Grenzen zu entwerfen.“