Titan-Druckbehälter für die Weltraumforschung, erfolgreich gebaut mit dem Wire + Arc Additive Manufacturing-Verfahren

Ein Team bestehend aus Thales Alenia Space, der Cranfield University und der Glenalmond Group hat erfolgreich einen ersten Prototyp eines Titandruckbehälters in Originalgröße hergestellt, der in zukünftigen bemannten Missionen zur Weltraumforschung eingesetzt werden soll.

Das Stück ist etwa 1 m hoch und 8,5 kg schwer. Es besteht aus der Titanlegierung (Ti-6Al-4V) und wurde mithilfe des Wire + Arc Additive Manufacturing (WAAM)-Verfahrens abgeschieden, das die Cranfield University im letzten Jahrzehnt entwickelt hat.

Dank der Möglichkeit, direkt von der digitalen Zeichnung zur endgültigen Struktur überzugehen, hat WAAM zwei einzelne Teile in ein einziges Teil integriert; Eliminierung der Notwendigkeit von Schmiedeteilen mit langer Vorlaufzeit; und die Menge des durch die Bearbeitung entfernten Abfallmaterials erheblich reduziert.

Bei herkömmlicher Herstellung hätte das Bauteil etwa 30-mal mehr Rohmaterial benötigt als seine Endmasse. Durch den Einsatz des WAAM-Verfahrens konnten pro Artikel mehr als 200 kg Ti-6Al-4V eingespart werden. Hier gibt es Raum für weitere Verbesserungen, und Cranfield arbeitet an innovativen Methoden, um die Ablagerung näher an der endgültigen Dicke vorzunehmen.

Die WAAM-Form wurde in Cranfield hergestellt und dann an die Glenalmond Group geschickt, wo sie entspannt, lasergescannt, bearbeitet und mit einem Ultraschallverfahren geprüft wurde. Die Endkontrolle wurde von Agiometrix mithilfe einer Computertomographie (CT-Scan) zur internen Qualitätsanalyse und eines optischen Scanners durchgeführt, wobei Thales Alenia Space sicherstellte, dass das Teil den mechanischen Anforderungen und Spezifikationen entsprach.

Nach den Kontrollen ist das Projektteam davon überzeugt, dass das Schiff die fahrtechnischen und qualitativen Anforderungen erfüllt. Das Team geht nun zum Bau eines zweiten Prototyps über, mit dem Ziel, eine Feinabstimmung des gesamten Herstellungszyklus durchzuführen, die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit des Prozesses zu demonstrieren und die Umsetzung des neuen Ansatzes in den Flug voranzutreiben Hardware.

Ing. Massimo Chiampi, Studienleiter für Additive Manufacturing-Projekte bei Thales Alenia Space, sagte: „Wir waren auf der Suche nach einer innovativen Fertigungslösung für die Tanks, die bei der herkömmlichen Produktionsroute auf Basis der subtraktiven Bearbeitung typischerweise unter langen Vorlaufzeiten leiden. Dank dieses Projekts.“ Wir haben gezeigt, dass die Einführung der WAAM-Technologie die Wettbewerbsfähigkeit unseres Produkts steigert. Ein nahezu endkonturnaher Artikel wird in wenigen Tagen hergestellt – im Vergleich zu mehreren Monaten, die für die Beschaffung der Standard-Schmiedeprodukte benötigt werden – und auch im Umfang der maschinellen Bearbeitung Der Betrieb wird kontinuierlich reduziert. Wir haben eine Reduzierung der Gesamtdurchlaufzeit um 65 % erreicht, ohne auf die geforderten Leistungen zu verzichten. Dies bietet auch einen Vorteil hinsichtlich der Designflexibilität und ermöglicht es, auf Kundenbedürfnisse in einem späten Stadium des Projekts einzugehen. "

Dr. Jialuo Ding, Principal Research Fellow an der Cranfield University und Chefwissenschaftler bei WAAM3D, sagte: „Wir entwickeln die WAAM-Technologie seit mehr als 10 Jahren und es ist sehr befriedigend zu sehen, dass sie diesen kommerziellen Reifegrad erreicht. Wir sind sehr gespannt darauf.“ Einführung der Technologie durch unser neues Spinout-Unternehmen WAAM3D. Wir sind auch äußerst zufrieden mit der Arbeit von Glenalmond Technologies, die ein Teil mit begrenztem Bearbeitungsbestand perfekt und beim ersten Versuch bearbeitet haben.“

Dr. Filomeno Martina, Dozent an der Cranfield University und CEO von WAAM3D, sagte: „Dieser Teil wurde mit Software und Hardware gebaut, die im letzten Jahrzehnt entwickelt wurde; diese sind nun endlich bereit für die Kommerzialisierung durch ein neues Spin-out-Unternehmen aus Cranfield. WAAM3D. Dieser Teil gab uns die Gelegenheit, die innovativen Lösungen von WAAM3D an einem hochkarätigen Benutzerfall mit einem sehr aggressiven Zeitrahmen zu testen. Wir sind sehr stolz auf den an der Cranfield University erreichten Automatisierungsgrad. WAAM3D wird alle diese Tools zur Verfügung stellen Wir freuen uns auf die Auswirkungen, die dies auf die industrielle großtechnische additive Fertigung haben wird.“