Lasertechnologie für ein leichteres Fliegen der Zukunft
CO2-Lasersystemtechnik des Fraunhofer IWS ermöglicht effizientes Verbinden großvolumiger Flugzeugstrukturen auf Faserverbundbasis
28. Mai 2024 – Einen entscheidenden Fortschritt auf dem Weg in Richtung neuer ökologischer Flugzeugbaukonzepte hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS erzielt. Ein Forscherteam aus Dresden erbrachte innerhalb des EU-Programms Clean Sky 2 im Projekt »Multifunctional Fuselage Demonstrator« (MFFD) den Nachweis zum spanlosen Fügen von kohlenstofffaserverstärkten Bauteilstrukturen aus Thermoplast. Der entwickelte automatisierte Verfahrensansatz verband die obere und untere Hälfte des weltweit größten CFRTP-Flugzeugrumpfsegments. Die neuartige Bauweise sowie das eingesetzte CONTIjoin-Verfahren ermöglichen neben dem Einsparen von Arbeitsaufwand, wie etwa beim Bohren und Nieten, massive Gewichts-, Material- und Zeitreduktion. Das soll die Produktion zukünftiger Verkehrsflugzeuge schneller, umweltfreundlicher und wettbewerbsfähiger gestalten.
Produktionstechnologien für den thermoplastischen Rumpf von morgen erforscht ein internationales Konsortium unter der Leitung von AIRBUS. Im Rahmenprogramm »Large Passenger Aircraft« (LPA) gelang es innerhalb des MFFD-Projekts dem Team um Dr. Maurice Langer, Gruppenleiter Kleben und Faserverbundtechnik am Fraunhofer IWS, erstmals weltweit unter Einsatz einer CO2-Laserstrahlquelle das Schweißen langer Verbindungsnähte an großvolumigen thermoplastischen Flugzeugfaserverbundstrukturen außerhalb eines Autoklaven zu demonstrieren. Auf der linken Seite des MFFD erzeugte der am Fraunhofer IWS entwickelte Verfahrensansatz die finale Längsnahtverbindung zwischen der oberen und unteren Rumpfhälfte eines acht mal vier Meter messenden Abschnitts des Flugzeugrumpfsegments aus »Carbon Fiber Reinforced Thermo-Plastics« (CFRTP) – in Originalgröße. Das so genannte CONTIjoin-Verfahren, eine Kombination aus CO2-Lasertechnologie und hochdynamischer Strahlablenkung, regelte in Echtzeit die Laserleistung, um die Temperatur in der Fügezone konstant zu halten und ermöglichte zugleich die automatisierte Anpassung der Strahlfigur im Schweißspalt.
Clean-Sky-2- und Clean-Aviation-Projekt »MFFD«
Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts »Large Passenger Aircraft« (»LPA«) hat die Fraunhofer-Gesellschaft in Stade mit internationalen Projektpartnern jeweils eine maßstabsgetreue Ober- und Unterschale des »Multi Functional Fuselage Demonstrator« (MFFD) durch automatisierte Positionier- und Fügeprozesse miteinander verbunden. Das Verschweißen der linksseiteigen Längsnäht der beiden acht Meter langen CFK-Halbschalen, die einen Durchmesser von etwa vier Metern aufweisen, schloss die Herstellung des größten thermoplastischen CFK-Flugzeugrumpfsegments der Welt erfolgreich ab. Erstmals wurde in einem Forschungsprojekt ein Rumpfsegment in Originalgröße aus thermoplastischen CFK-Werkstoffen hergestellt, um Machbarkeit sowie ökologische und ökonomische Vor- und Nachteile darstellen bewerten zu können.