Sòphia High Tech automatisiert das Entladen von Teilen für die Luft- und Raumfahrt
Die automatisierte Entpumpungslösung von Solukon rationalisiert die Effizienz und erhöht die Sicherheit bei der Herstellung von Schubbrennkammern
Die Luft- und Raumfahrtindustrie war einer der Hauptanwender der additiven Fertigungstechnologie für Metalle und hat deren Entwicklung in den letzten Jahren maßgeblich vorangetrieben. Gleichzeitig sah sich die Branche aber auch mit bestimmten Herausforderungen im Zusammenhang mit der additiven Fertigung konfrontiert, darunter Engpässe wie die manuelle Nachbearbeitung. Dank der Fortschritte bei automatisierten Nachbearbeitungslösungen, wie z. B. den hochautomatisierten Systemen des deutschen Entpumpungsspezialisten Solukon, können Luft- und Raumfahrtunternehmen diese Hürden überwinden und ihre AM-Prozesse rationalisieren.
So auch bei Sòphia High Tech, einem Luft- und Raumfahrtunternehmen mit Sitz in Vesuviana, Italien, das sich auf die Entwicklung und Produktion von 3D-gedruckten und CNC-gefrästen Metallkomponenten spezialisiert hat. Sòphia High Tech stellt eine Reihe von Hochleistungsbauteilen für die Luft- und Raumfahrt her, darunter Antriebskomponenten, Satellitentriebwerke, Treibstofftanks sowie Primär- und Sekundärstrukturen für Raketen und Trägerraketen, und nutzt dabei die Vorteile der Metall-AM wie Designkonsolidierung, komplexe Geometrien und Leichtbau.
Bei der Herstellung dieser Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, die häufig interne Kühlkanäle und andere komplexe Geometrien aufweisen, ist die Effektivität von Nachbearbeitungsschritten wie der Entpuderung entscheidend für den Erfolg des Endprodukts. Manuelle Entpuderungsprozesse, wie z. B. Vakuumieren, Hämmern und Blasen von Druckluft, sind sowohl zeitaufwändig als auch nicht garantiert, dass das gesamte Pulver entfernt wird, was zu fehlerhaften Drucken und Sicherheitsproblemen führen kann. Automatisierte und gründliche Entpuderungslösungen sind daher eine Priorität für Luft- und Raumfahrtunternehmen wie Sòphia High Tech.
Entleerung einer Schubbrennkammer
Um die Auswirkungen der Integration einer automatisierten Entpuderung zu veranschaulichen, muss man nicht weiter suchen als den Einsatz des SFM-AT350 von Solukon durch Sòphia High Tech zur Entpuderung einer Schubbrennkammer. Das Bauteil, eine monolithische, regenerativ gekühlte Schubkammerbaugruppe für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk, wurde auf einem TRUMPF TruPrint 3000 LPBF System aus Inconel 718 3D-gedruckt.
Normalerweise bestehen Schubkammerbaugruppen aus einer Reihe verschiedener Komponenten, darunter die Einspritzdüse, die Hauptbrennkammer und die Düse, die mit Hilfe von Bolzen und Schweißverbindungen zusammengefügt werden. Durch den Einsatz von Metall-AM konnten die Sòphia-Ingenieure den Produktionsprozess für das Flüssigkeitsraketentriebwerk erfolgreich rationalisieren, indem sie all diese Komponenten in einer einzigen Konstruktion zusammenfassten. Dieser Ansatz hat nicht nur den Produktions- und Montageprozess vereinfacht, sondern auch zu einer leichteren Brennkammer mit höherem Schub geführt.
Aus Sicht der Nachbearbeitung stellt die Konsolidierung von Teilen und die Integration von internen Kanälen für eine optimale Kühlung eine gewisse Herausforderung dar. In diesem Fall bestand die Schubbrennkammer aus 500 mm langen Innenkanälen mit rechteckigen Abschnitten von 1 mm Höhe, die mit manuellen Techniken nur schwer von losem Pulver zu befreien waren.
Sòphia High Tech entschied sich daher für die automatische Entpuderungslösung von Solukon für mittelgroße Teile, die SFM-AT350. Dieses System, das Teile mit einem Gewicht von bis zu 100 kg verarbeiten kann, entfernt das Pulver systematisch in einem hochautomatisierten und sicheren Verfahren. Solukon beschreibt, wie der Entpuderungsprozess beginnt: „Nach dem 3D-Druck durch SLM-Verfahren entfernt das Solukon-System das Pulver effizient, während das Teil sicher auf der Bauplatte fixiert ist. Das System arbeitet in einer inerten Umgebung, um die Sicherheit zu gewährleisten: Die optimierte Kammer füllt sich schnell mit Schutzgas, sodass der Entpuderungsprozess beginnen kann.“
Sobald die inerte Umgebung hergestellt ist, verwendet das SFM-AT350 eine pneumatische Anregung und kontrollierte Bewegungen (mit 250 Grad Drehung entlang der horizontalen Achse und einem drehbaren Drehtisch), um loses Pulver zu lösen und zu entfernen. In die Solukon-Hardware von Sòphia ist auch ein Hochfrequenzklopfer (optionales Zubehör) integriert, der Pulverklumpen, die sich in engen Kanälen gebildet haben, auflöst.
Der Bewegungsablauf wird von SPR-Pathfinder bestimmt, einem von Solukon entwickelten intelligenten Softwaretool, das auf der Grundlage des CAD-Designs des Teils ein optimales Bewegungsmuster erstellt. SPR-Pathfinder kann sogar schon in einem frühen Stadium des Bauteildesigns eingesetzt werden: Der Anwender kann das CAD-Modell hochladen und den Reinigungsvorgang simulieren, um sicherzustellen, dass das Pulver vollständig von der Geometrie entfernt werden kann. Die berechneten Rotationen und Erregungen sind somit hocheffektiv bei der Entfernung von Pulver selbst aus den komplexesten Geometrien, wie es bei der Schubbrennkammer der Luft- und Raumfahrt der Fall war.
Insgesamt konnte das SFM-AT350 in einem 40-minütigen Zyklus – ein zweiter Reinigungszyklus wurde zu Validierungszwecken durchgeführt – das gesamte lose Pulver von der konsolidierten Luft- und Raumfahrtkomponente entfernen, und das bei geringem Bedienereingriff. Darüber hinaus erhöht der automatisierte, in sich geschlossene Prozess die Sicherheit in der Fabrikhalle, da die Exposition des Bedieners gegenüber schädlichen Metallpulvern minimiert wird. Das vom Teil gereinigte Metallpulver kann sogar für das Recycling zurückgewonnen werden.
„Das automatisierte System hat unsere Arbeitsabläufe drastisch verbessert“, sagt Dr. Giovanni Caferra, ein leitender Mitarbeiter bei Sòphia High Tech. „Es ist effizient, sicher und die Ergebnisse sind immer gleich, was wir manuell nicht erreichen konnten. Mit SPR-Pathfinder brauchen wir die Maschine nicht einmal mehr zu programmieren. Es ist ein sehr reibungsloser Entleerungsablauf mit einer zuverlässigen Reinigungsqualität.“
Letztendlich stellte die automatisierte Entpuderungslösung von Solukon sicher, dass die Schubkammerbaugruppe frei von Pulverrückständen war, bevor sie zur CNC-Bearbeitung weitergeleitet wurde, während gleichzeitig die Entpuderungszeit und der Arbeitsaufwand minimiert wurden.
Neben dem SFM-AT350 verfügt Solukon über ein wachsendes Portfolio an Hardwarelösungen, die den unterschiedlichen Anforderungen von AM-Anwendern gerecht werden. Dazu gehören das große SFM-AT1500-S, das Metallteile mit einem Gewicht von bis zu 2100 kg bearbeiten kann, und das SFM-AT350-E, das mit Hilfe von Ultraschallanregung hocheffizient das Pulver von 3D-gedruckten Metallgeometrien löst und entfernt, was besonders bei Geometrien mit empfindlichen Merkmalen und inneren Kanälen nützlich ist. Wenn Sie sich mit dem Solukon-Team in Verbindung setzen möchten, klicken Sie hier oder besuchen Sie die offizielle Website.
Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit Solukon veröffentlicht.
