US-amerikanisches Unternehmen Beehive entwickelt Turbojet-Triebwerk mit 3D-Druck – Teilezahl auf 40 reduziert

de.wedoany.com-Bericht: Das US-amerikanische Unternehmen für additive Fertigung Beehive Industries entwickelt mit 3D-Druck-Technologie als Kernstück Turbojet-Triebwerke für Einweg-Flugplattformen wie Drohnen. Der Chief Product Officer des Unternehmens, Gordie Follin, erklärte kürzlich in einem Interview, dass der Turbomaschinenteil seines Flaggschiffprodukts, des Turbojet-Triebwerks Frenzy, nur 5 Bauteile umfasst, während herkömmliche Konstruktionen in der Regel etwa 200 benötigen; die gesamte Maschine inklusive Schrauben und Unterlegscheiben umfasst etwa 40 Bauteile, eine deutliche Reduzierung gegenüber mehr als 400 bei herkömmlichen Strukturen.

Follin arbeitete über zwanzig Jahre bei GE Aerospace und Pratt & Whitney, war an der Entwicklung des GE-Catalyst-Triebwerks beteiligt und trat vor fünf Jahren Beehive Industries bei. Wie er berichtete, untersuchte das Team in der Frühphase unter anderem Industriegasturbinen, Raketen, Dental- und Medizingeräte und wählte schließlich auf der Grundlage einer Gesamtabwägung von Leistung, Gewicht, Kosten und Zeitplan Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung als Hauptrichtung aus, um sich danach weiter auf unbemannte Systeme zu konzentrieren, den Zertifizierungsprozess zu vereinfachen und die Iterationsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Frenzy ist nicht das erste Produkt von Beehive. Das Unternehmen fertigte zunächst mehrere Validierungstriebwerke und schloss Tests ab; einige Konstruktionen wurden vom X-61-Gremlin-Projekt inspiriert. Follin erklärte, dass das erste Validierungstriebwerk von einem leeren Blatt Papier bis zum Abschluss des ersten Tests nur sieben Monate benötigte. Danach, angeregt durch Fördermöglichkeiten wie „Extended Range Attack Munition“ (ERAM) und „Family of Affordable Massed Missiles“ (FAMM), stieg Beehive in den Markt für Triebwerke kleinerer Leistungsklassen ein. Follin erinnerte sich, dass Kunden vor drei Jahren erklärten, sie benötigten das Produkt innerhalb von drei Jahren, aber glaubten, niemand könne so schnell ein Triebwerk entwickeln – die tatsächliche Geschwindigkeit des Unternehmens übertraf diese Erwartung.

Beehive Industries ist keine reine Druckwerkstatt. Das Unternehmen druckte in der Frühphase auf Anfrage Teile für andere Branchen und produziert weiterhin Teile für Unternehmen aus den Bereichen Energieerzeugung, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung – einige davon werden direkt per Pulverbettschmelzen gedruckt, andere über additiv gefertigten Guss, bei dem Keramikformen direkt im 3D-Druck hergestellt und für den Guss verwendet werden, als Ersatz für das herkömmliche mehrstufige Wachsausschmelzverfahren. Das Unternehmen hat kürzlich Metallgusskapazitäten hinzugefügt, um je nach Produktionsumfang den wirtschaftlicheren Weg zwischen additiver Fertigung und traditionellem Guss wählen zu können. Follin erklärte, dass Gussteile die gleiche Leistung wie gedruckte Teile aufweisen; derzeit sind die Kosten für selbst gedruckte und gegossene Turbinen weitgehend identisch, aber extern beschaffte gegossene Turbinen wären deutlich teurer als der eigene Druck.

Bei Konstruktion und Fertigung wendet Beehive durchgängig die Methode des Design for Additive Manufacturing (DfAM) an. Der Zentralrahmen des Frenzy-Triebwerks integriert den Verdichterdiffusor, das Brennkammergehäuse, die Brennkammerauskleidung, das Lagergehäuse, die erste Turbinenstufendüse, die Kraftstoffdüse und die Kraftstoffverteilerleitung und wird als ein einziges Bauteil gedruckt. Follin erklärte, diese Struktur sei mit herkömmlicher Fertigung nicht realisierbar. Bei der Effizienzsteigerung verfolgt Beehive nicht das Ziel, die Oberflächenrauheit gedruckter Schaufeln zu reduzieren, sondern erzielt Gewinne durch die Beseitigung von Leckagepfaden und die Optimierung der aerodynamischen Auslegung. Für Bereiche mit extrem engen Toleranzen oder hohen Spannungen, wie Turbinenspitzen und Wellenanschlüsse, bleiben mechanische Bearbeitungsschritte erhalten, jedoch wird das gedruckte Bauteil nicht insgesamt nachbearbeitet.

Follin erklärte, dass der Frenzy im Vergleich zu herkömmlich gefertigten Triebwerken derselben Klasse eine um 20–30 % höhere Effizienz aufweist. Das Unternehmen treibt derzeit den Produktionshochlauf voran und plant, im Rahmen einer „Manufacturing Demonstration“ in nur ein bis zwei Wochen eine große Anzahl von Triebwerken zu erproben, um sich auf die Serienproduktion vorzubereiten. Beehive erwartet, in diesem Jahr mehrere hundert Triebwerke zu fertigen, 2027 mehrere tausend und im darauffolgenden Jahr möglicherweise etwa 10.000. Bei der Personalbeschaffung bevorzugt das Unternehmen Ingenieure mit Branchenerfahrung in additiver Fertigung oder Strahltriebwerken und lässt Mechaniker an Konstruktionsüberprüfungen teilnehmen, um Konstruktionen zu vermeiden, die nicht herstellbar sind.

Auf die Frage, ob Drucker des chinesischen Anbieters für additive Fertigungsausrüstung BLT (Bright Laser Technologies) oder Farsoon eingesetzt würden, erklärte Follin eindeutig, dass dies nicht in Betracht gezogen werde. Er erläuterte, das Problem liege nicht in der technischen Leistungsfähigkeit der Drucker, sondern in der Datensicherheit. Das Unternehmen sei im militärischen Bereich tätig und werde weiterhin Komponenten verwenden, die in den USA oder bei Verbündeten hergestellt werden. Er wies darauf hin, dass bei Wartungsarbeiten an der Ausrüstung die Gefahr von Informationslecks bestehe, weshalb Vorsicht geboten sei; der Einfluss des Anwendungsszenarios auf den Prozessablauf sei ebenso wichtig wie andere Faktoren.