Thermoplastische Verbundwerkstoffe: Aerostrukturen für eine nachhaltigere Luftfahrt neu denken
Die Luft- und Raumfahrtindustrie steht gleichzeitig vor mehreren großen Herausforderungen: den Kraftstoffverbrauch zu senken, die Leistung von Luftfahrzeugen zu verbessern, die Produktionsraten zu steigern und die Umweltbelastung zu reduzieren.
Um diese Transformation zu unterstützen, investiert Daher seit mehr als einem Jahrzehnt in die Entwicklung und Industrialisierung thermoplastischer Verbundwerkstoffe, einer Technologie, die in zukünftigen Luftfahrtprogrammen eine Schlüsselrolle spielen wird.
Leichter, reparierbar, schweißbar und recycelbar: Thermoplastische Verbundwerkstoffe eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsfähigerer Aerostrukturen und tragen gleichzeitig dazu bei, den Ressourcenverbrauch sowie die damit verbundenen Emissionen zu reduzieren. Dank ihrer Kompatibilität mit hochautomatisierten Fertigungsprozessen sind sie zudem ein wichtiger Hebel, um die Steigerung der Produktionsraten in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu unterstützen.
Im Herzen des Techcenters Shap’in entwickelt, testet und industrialisiert Daher diese Technologien in Zusammenarbeit mit Kunden, Industriepartnern, Start-ups und wissenschaftlichen Einrichtungen. Das Ziel ist klar: Innovationen im Bereich Verbundwerkstoffe in konkrete Lösungen umzusetzen für die Luftfahrzeuge der Zukunft und eine effizientere, emissionsärmere Luftfahrt.
Warum sind thermoplastische Verbundwerkstoffe ein echter Wendepunkt?
Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien oder duroplastischen Verbundwerkstoffen bieten thermoplastische Verbundwerkstoffe mehrere entscheidende Vorteile für die Luft- und Raumfahrt:
- Leichtere Strukturen, die zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs beitragen;
- Reparierbare und recycelbare Materialien;
- Ein höherer Automatisierungsgrad in der Fertigung;
- Kürzere Produktionszyklen;
- Lösungen, die den Anforderungen steigender Produktionsraten gerecht werden;
- Hohe mechanische Leistungsfähigkeit unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen.
Diese Eigenschaften verbessern gleichzeitig die industrielle Leistungsfähigkeit, stärken die Wettbewerbsfähigkeit von Programmen und verringern deren Umweltbelastung
Shap’in: Beschleuniger für Innovationen im Bereich Verbundwerkstoffe
In der Nähe von Nantes gelegen, widmet sich das Techcenter Shap’in der Industrialisierung fortschrittlicher Verbundwerkstoffe und der Entwicklung von Aerostrukturen der nächsten Generation. Seine Aktivitäten konzentrieren sich auf:
- Thermoplastische Werkstoffe der nächsten Generation;
- Automatisierte Produktionsverfahren;
- Schweißtechnologien für Verbundwerkstoffe;
- Leichtbau von Strukturen;
- Recyclingfähigkeit und Kreislaufwirtschaft von Materialien.
Dank eines kooperativen Innovationsökosystems, das Industrieunternehmen, Flugzeughersteller, KMU, Start-ups und Forschungseinrichtungen zusammenbringt, beschleunigt Shap’in den Übergang von der Forschung zur industriellen Umsetzung.
Innovationen bereits in der Praxis
Thermoplastische Verbundwerkstoffe sind längst nicht mehr auf das Labor beschränkt. Daher integriert sie schrittweise in Demonstratoren und Anwendungen, die für zukünftige Luftfahrtprogramme entwickelt werden.
Zu den herausragenden Erfolgen zählen die Entwicklung einer hochbelasteten thermoplastischen Flügelrippe, die bei den JEC Composites Innovation Awards ausgezeichnet wurde, sowie ein Demonstrator eines Horizontalleitwerks in Originalgröße, der im Rahmen des Projekts TRAMPOLINE 2 entwickelt wurde, dem wichtigsten französischen Forschungsprogramm für thermoplastische Verbundwerkstoffe. Das im Rahmen des CORAC durchgeführte und von Daher geleitete Projekt untersucht insbesondere das Potenzial des Induktionsschweißens als Alternative zum herkömmlichen Nieten, um das Strukturgewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Montageprozesse zu vereinfachen.
Daher beteiligt sich außerdem am Projekt CARAC TP, das gemeinsam mit mehreren akademischen Forschungseinrichtungen durchgeführt wird, um das Verhalten thermoplastischer Verbundwerkstoffe in den anspruchsvollsten Luftfahrtumgebungen besser zu verstehen und zu charakterisieren. Diese Arbeiten tragen dazu bei, ihre Zertifizierung und Integration in zukünftige Flugzeugprogramme zu beschleunigen.
Diese Fortschritte gehen weit über reine Technologiedemonstratoren hinaus. So hat Daher unter anderem TBM-Seitenruderpedale aus wiederverwertetem thermoplastischem Verbundmaterial entwickelt, das aus Produktionsresten gewonnen wird. Dieses Beispiel verdeutlicht das Potenzial thermoplastischer Werkstoffe, Leichtbau, industrielle Leistungsfähigkeit und die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft miteinander zu verbinden.
Auf dem Weg zu einer stärkeren Kreislaufwirtschaft für Materialien
Über die Entwicklung neuer Aerostrukturen hinaus arbeitet Daher daran, den Wert thermoplastischer Materialien über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg zu maximieren.
Bei Shap’in werden Produktionsreste aus der Herstellung von Verbundwerkstoffen gesammelt und in neue Rohstoffe für technische Bauteile sowie Anwendungen der additiven Fertigung umgewandelt. Heute werden sämtliche Verschnittreste aus reinem PPS-Kohlefaserverbundmaterial, die bei bestimmten Fertigungsprozessen anfallen, in einen speziellen Wiederverwertungs- und Recyclingkreislauf zurückgeführt.
Dieser Ansatz trägt dazu bei, Abfälle zu reduzieren, den Ressourceneinsatz zu optimieren und die Kreislaufwirtschaft von Materialien in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu stärken.
> Video ansehen: Upcycling of thermoplastic production waste
Eine Schlüsseltechnologie für zukünftige Luftfahrtprogramme
Leichtbau, Abfallreduzierung, industrialisierte Fertigungsprozesse und die Recyclingfähigkeit von Materialien machen thermoplastische Verbundwerkstoffe zu einer der vielversprechendsten Technologien für die zukünftige Entwicklung der Luft- und Raumfahrt. Aufbauend auf den bei Shap’in durchgeführten Arbeiten bereitet Daher bereits heute die Technologien vor, die zu den Luftfahrzeugen der Zukunft beitragen werden, mit dem Ziel, Leistungsfähigkeit, industrielle Wettbewerbsfähigkeit und eine geringere Umweltbelastung miteinander zu verbinden.