Luft- und Raumfahrt-Bauteile müssen in der Regel eine hohe Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Mit additive gefertigten Inserts für Sandwich-Paneele erzielte RUAG Space Gewichtseinsparungen von mehr als 40% bei einer gesteigerten Gesamtperformance.
Hintergrund
Sandwichpaneele sind die zentralen Bauelemente von Satellitenstrukturen. Die Sandwichbauweise kombiniert in einzigartiger Weise niedriges flächenspezifisches Gewicht mit hoher Steifigkeit und Beulstabilität. Bei diesem Leichtbauprinzip bestehen die Strukturelemente aus steifen Deckschichten, die durch einen leichten Kern auf Abstand gehalten werden. Neben seiner Aufgabe, die Deckschichten zu stützen, überträgt der Kern die auftretenden Schubkräfte.
Einen potentiellen Schwachpunkt hat die Sandwichbauweise jedoch: Es ist vergleichsweise schwierig, lokal mechanische Lasten in das Paneel einzuleiten. Etwa an den Verbindungsstellen von einem Paneel zum anderen und an den Befestigungspunkten von Anbauteilen, wie z.B. Solargeneratoren oder Elektronikboxen.
Zu diesem Zweck kommen spezielle Lasteinleitungselemente, sogenannte Inserts, zum Einsatz. Diese werden je nach Anforderungen an die Einsatztemperatur und die Lasttragfähigkeit speziell entwickelt.
Projekt mit RUAG Space
In diesem Projekt zusammen mit RUAG Space wurden die additive Fertigungsverfahren für leichtere, besser an die Sandwichbauweise angepasste Inserts genutzt, um für kommerzielle Satelliten schnell und kostengünstig Sandwichpaneele von hoher Qualität und geringem Gewicht herstellen zu können.
Die Herstellung der Inserts beinhaltete neben der Entwicklung geeigneter SLM-Prozessfenster und der Charakterisierung der relevanten Materialeigenschaften für eine 5xxx Strukturlegierung auch das Design für verschiedene Inserts. Das Ziel war nicht nur, eine bessere Festigkeit und Steifigkeit zu erreichen, sondern gleichzeitig auch das Gewicht zu reduzieren, sowie die Paneele-Herstellung zu vereinfachen, und zeitlich zu verkürzen.
Resultate
Die Resultate zeigen sowohl im materialtechnischen, wie auch im Bereich der erreichten Insert-Performance hervorragende Resultate. Basierend auf Festigkeitswerten für eine SLM-verarbeitete Aluminium-Legierung > 500 MPa konnten signifikante Insert-Gewichtseinsparungen von mehr als 40% erreicht werden, bei gleichzeitig gesteigerter Gesamtperformance der Sandwich-Paneele.
