EOS-3D-Druck als Herzstück der UAV-Fertigungsdienstleistungen von NW Rapid Manufacturing

Die Anwendungsbereiche für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) haben in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen, angetrieben durch die Nachfrage aus verschiedenen Branchen, darunter Verteidigung, Landwirtschaft, Energie, Bauwesen und Logistik. Da autonome oder ferngesteuerte Fluggeräte branchenübergreifend zunehmend für Vermessung, Aufklärung, Fotografie, Lieferdienste und vieles mehr eingesetzt werden, sind die Produktionsanforderungen gestiegen, und die additive Fertigung ist zu einem festen Bestandteil der UAV-Herstellung geworden.

Ein Beispiel für dieses Wachstum ist Northwest UAV, ein Unternehmen, das 2005 von Chris Harris in einer Garage in McMinnville, Oregon, gegründet wurde. Zu Beginn stellte Harris’ Unternehmen kleine Einzylindermotoren für den UAV-Hersteller Insitu her (der 2008 von Boeing übernommen wurde). Im Laufe der Jahre wuchs Northwest UAV sowohl an Größe als auch an Umfang: Das Team wurde auf fast 100 Mitarbeiter erweitert, das Unternehmen lieferte Triebwerkssysteme an Insitu und andere UAV-Firmen, verkaufte eigene UAV-Triebwerkssysteme und gründete 2008 sogar einen eigenständigen SLS-Fertigungsdienstleister, Northwest Rapid Manufacturing.

Seit 2008 deckt NW Rapid Manufacturing den gesamten Bedarf von Northwest UAV im Bereich der additiven Fertigung ab. Mit seiner zuverlässigen Flotte aus EOS-SLS-3D-Druckern, Zusatzausrüstung und einem kompetenten Ingenieurteam verwirklicht das Unternehmen funktionsfähige Prototypen und einsatzfertige Drohnenkomponenten. In den letzten Jahren hat das Unternehmen sein Dienstleistungsangebot auch auf andere Kunden ausgeweitet, darunter weitere UAV-Hersteller sowie Kunden aus der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizinbranche.

Vor kurzem hatten wir die Gelegenheit, mit Nick Classen, dem Geschäftsführer von NW Rapid Manufacturing, über die Bedeutung der additiven Fertigung – insbesondere des SLS-Verfahrens – auf dem wachsenden UAV-Markt zu sprechen und darüber, wie die enge Zusammenarbeit des Unternehmens mit EOS, dem Marktführer im Bereich der Pulverbettfusion, entscheidend zu seinem Erfolg beigetragen hat.

Ein dynamisches Duo

Laut Classen passte der 3D-Druck von den Anfängen der UAV-Branche an wie die Faust ins Auge und bot den Entwicklern und Herstellern der Fluggeräte eine vorteilhafte Kombination von Eigenschaften.

Zum einen ermöglicht die Technologie schnelle Iterationen bei Prototypen, um Funktionalität und Passform zu testen – und das ganz ohne Werkzeugbau. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Gestaltungsfreiheit, die es UAV-Herstellern ermöglicht, mehrere Komponenten zu einer einzigen Baugruppe zusammenzufassen und die Geometrien der Teile zur Gewichtsreduzierung zu optimieren.

Wie Classen uns erklärte: „Das Wichtigste ist, dass wir eine massive Reduzierung der Teileanzahl und des Gewichts feststellen. Während früher 20 Teile erforderlich waren, um eine Halterung für ein Bauteil im Flugzeug zusammenzubauen, können wir dies nun dank der komplexen Geometrie, die mit SLS realisierbar ist, mit einem einzigen Teil bewerkstelligen.“

Die Gewichtsreduzierung ergibt sich als natürliche Folge der Teilekonsolidierung, wodurch der Bedarf an Verbindungselementen minimiert wird. Die Möglichkeit, das Gewicht eines Flugzeugrahmens oder einer Triebwerksstruktur in einem UAV zu senken – selbst wenn es nur geringfügig ist –, kann sich auf die Leistung der Drohne auswirken. „Gewichtsreduzierung ist in der UAV-Branche ein zentrales Thema, denn je schwerer das Gerät ist, desto geringer muss die Nutzlast sein und desto kürzer sind die Flug- und Schwebedauer. Das ist einer der größten Vorteile des SLS-3D-Drucks“, fügte er hinzu.

Im Vergleich zu anderen polymerbasierten AM-Technologien bietet SLS zudem den Vorteil, dass es feste Bauteile mit nahezu isotropen Eigenschaften und guten Toleranzen herstellt. Das bedeutet, dass die Bauteile nur minimal nachbearbeitet werden müssen und für funktionale Anwendungen wie Testprototypen und Endbauteile eingesetzt werden können. „SLS ist eine der besten Technologien auf dem Markt für UAV-Anwendungen“, betonte Classen.

Eine wachsende Produktionskapazität 

An seinem Standort in McMinnville, Oregon, betreibt NW Rapid Manufacturing derzeit drei industrielle EOS-SLS-Anlagen, darunter eine EOS P 390, die 2006 gebaut wurde und nach wie vor zuverlässig läuft. Laut Classen ist diese Anlage, die das Unternehmen 2008 erworben hat, „ein echtes Arbeitstier für NW Rapid Manufacturing und hilft uns, unseren Kunden Jahr für Jahr gleichbleibende Ergebnisse zu liefern.“

Da der Produktionsbedarf – getrieben durch den wachsenden Kundenstamm und den Einstieg in neue Branchen – steigt, bereitet sich NW Rapid Manufacturing zudem auf die Installation von zwei weiteren EOS-SLS-Systemen vor: einer Dual-Laser-Anlage vom Typ EOS P 770 für den Hochdurchsatzdruck und einer gebrauchten INTEGRA P 450, die die Lücke zwischen Prototypenbau und Serienfertigung schließen soll. Eine wachsende Flotte von EOS-3D-Druckern ist ein wesentlicher Bestandteil der Zukunftspläne des Unternehmens. Classen erklärte uns: „Wir streben an, unsere Kapazität im Jahr 2027 zu verdoppeln und sie 2028 erneut zu verdoppeln.“

Ergänzt werden die wachsenden Kapazitäten im 3D-Druck durch eine Reihe von Nachbearbeitungslösungen, darunter Perlstrahlen (im Standard-Produktionspreis enthalten), Vibrationsglättung, Handschleifen, Dampfglättung, Bohren, Glätten, Lackieren, Färben, Galvanisieren und vieles mehr. „Was uns unter anderem von anderen 3D-Druckdienstleistern unterscheidet, ist, dass wir eine Vielzahl von Nachbearbeitungsprozessen selbst durchführen.“ Diese Oberflächenbehandlungen sorgen dafür, dass die Teile professionell aussehen und eine gute Leistung erbringen – beides wesentliche Kriterien für Drohnen.

Was die Materialien angeht, arbeitet NW Rapid Manufacturing mit einer Reihe hochwertiger Polyamid- (Nylon-)Pulver. „Für den Prototypenbau entscheidet sich fast jeder für Nylon 12, da es das gängigste Material ist, relativ kostengünstig ist und eine gute Grundlage für die Toleranzfestlegung bei anderen Materialien darstellt“, so Classen. Das Unternehmen druckt außerdem biobasiertes Nylon 11 sowie Spezialpulver wie flammhemmende, mit Kohlefaser, Glasfaser und Aluminid gefüllte Nylons. Die mit Kohle- und Glasfasern verstärkten Pulver sind besonders beliebt für UAV-Strukturen, da sie ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie eine hohe Belastbarkeit bieten. Im Jahr 2027 plant das Unternehmen zudem, seine Produktion auf Metallteile auszuweiten.

Drohnen heben ab

Die von NW Rapid Manufacturing gebotene Materialvielfalt ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von UAV-Teilen und -Strukturen, darunter Triebwerksverkleidungen, Kühlhauben, Kraftstofftanks, Halterungen und verschiedene Flugzeugkomponenten.

Wie bereits erwähnt, fertigt der 3D-Druckdienstleister diese und weitere Teile für seine Muttergesellschaft Northwest UAV (die ihrerseits wichtige Bauteile an Drohnenhersteller wie Insitu liefert, unter anderem für die Boeing Insitu ScanEagle) sowie für andere Kunden aus der UAV-Branche.

Insbesondere fertigt NW Rapid Manufacturing Teile für Matternet, den führenden Entwickler kommerzieller Drohnen-Liefersysteme, der unter anderem Partnerschaften mit UPS, dem britischen National Health Service (NHS) und dem Abu Dhabi Medical Network unterhält.

In einem Anwendungsfall half der 3D-Druckdienst Matternet bei der Entwicklung einer Drohne für die Zustellung kleiner Güter. Die Drohne musste robust, leicht und einfach zu montieren sein, und NW Rapid Manufacturing unterstützte das Unternehmen dabei, mithilfe von GLS 840 und PA 2201 verschiedene Entwürfe zu testen, um die optimale Konstruktion zu finden. Letztendlich war das Drohnenprojekt ein Erfolg, und Ido Baruchin, Leiter der Konstruktionsabteilung bei Matternet, erklärte: „NW Rapid ist der beste Partner, den man sich bei der Produktentwicklung an seiner Seite wünschen kann.“

„Matternet ist der Entwickler des ersten von der FAA zugelassenen Drohnen-Liefersystems in den Vereinigten Staaten“, sagte Classen. „Und das Unternehmen strebt für Ende 2026 und Anfang 2027 ein beträchtliches Wachstum an.“ (Konkret gab Matternet im Mai bekannt, dass das Unternehmen im Rahmen einer überzeichneten Privatplatzierung rund 33 Millionen US-Dollar eingeworben habe.) NW Rapid Manufacturing hat zudem Aufträge für AeroVironment ausgeführt, ein US-amerikanisches Verteidigungstechnologieunternehmen, das sich auf unbemannte Flugsysteme spezialisiert hat.

Das fundierte interne Fachwissen sowohl im Bereich des SLS-3D-Drucks als auch hinsichtlich der Anforderungen an UAV-Systeme macht NW Rapid Manufacturing zu einem einzigartig positionierten Produktionspartner für die Drohnenindustrie. In der Regel, so erklärte uns Classen, geben die Ingenieure von NW Rapid Manufacturing Feedback zum 3D-Modell, bevor dieses gedruckt wird, wenn ein UAV-Kunde ein Bauteil bestellt. „Wir sagen ihnen, was sich am besten drucken lässt und mit dem geringsten Aufwand an Nachbearbeitung auskommt. Anschließend drucken wir in der Regel ein paar Prototypen, der Kunde führt eine Passformprüfung durch, und dann gehen wir in die Produktion über. Wenn ein Kunde zudem nicht über die nötigen Konstruktionskapazitäten im eigenen Haus verfügt, können wir maßgeschneiderte Teile für ihn entwerfen.“

Eine stabile Kette

Als Lieferant von Drohnen-Prototypen und Komponenten für den Endverbrauch ist NW Rapid Manufacturing selbst auf die Beständigkeit und Zuverlässigkeit seiner Produktionshardware angewiesen. In dieser Hinsicht ist das Unternehmen dankbar, in EOS einen engen Partner gefunden zu haben. Wie bereits erwähnt, setzt NW Rapid Manufacturing nach wie vor einen 20 Jahre alten 3D-Drucker von EOS ein – und wenn das kein Beweis für die Langlebigkeit der Systeme von EOS ist, wissen wir auch nicht, was sonst.

Diese Langlebigkeit ist der Hardware selbst zu verdanken, aber auch der Support-Infrastruktur von EOS. Wie Classen sagte: „Meistens müssen wir nur hier und da ein paar Ersatzteile besorgen. Aber wenn wir zusätzliche Probleme mit den Maschinen haben, können wir schon am nächsten Tag einen Techniker vor Ort haben. Wir wollen weiterhin mit EOS zusammenarbeiten, weil der Support – sowohl in der Lieferkette als auch durch die Techniker – hervorragend ist.“