Triebwerkskomponenten per Additive Manufacturing, GKN Aerospace skaliert 3D-Druck in der Luftfahrt
- Sascha Surbanoski
- 5. Mai
- 4 Min. Lesezeit
GKN Aerospace gehört zu den größten Tier-1-Zulieferern der zivilen und militärischen Luftfahrt und treibt den Einsatz additiver Fertigung (3D-Druck) nun gezielt auf mehrere bedeutende Triebwerksprogramme aus. Wie Voxel Matters berichtet, geht es dabei nicht mehr um Pilotprojekte, sondern um eine systematische Skalierung in die Serienproduktion. Das ist ein Hinweis darauf, wie weit der Metall-3D-Druck in der Luftfahrt inzwischen gereift ist.
Inhaltsverzeichnis
Das Bauteil und der Anwendungsfall
GKN Aerospace fertigt im Rahmen seiner additiven Strategie strukturelle und strömungsführende Komponenten für Flugtriebwerke. Konkret geht es um Bauteile, die in Hochtemperaturbereichen von Strahltriebwerken eingesetzt werden, darunter Gehäusesegmente, Streben und Kanalstrukturen. Diese Teile müssen extremen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten und unterliegen den strengen Zertifizierungsanforderungen der Luftfahrtbehörden (EASA, FAA).
Das Besondere an der aktuellen Ankündigung: GKN Aerospace will die additive Fertigung nicht auf einzelne Sonderbauteile beschränken, sondern in mehrere laufende Triebwerksprogramme integrieren. Das bedeutet, dass 3D-gedruckte Komponenten künftig in Stückzahlen produziert werden, die weit über Prototypen oder Kleinserien hinausgehen. Ähnliche Ansätze verfolgt auch die Partnerschaft zwischen SOGECLAIR und AddUp, wie der Artikel SOGECLAIR und AddUp vertiefen Partnerschaft im Metall-3D-Druck für Luft- und Raumfahrt zeigt.
Warum hat GKN Aerospace auf 3D-Druck gesetzt?
Der Haupttreiber ist die Geometriefreiheit: Triebwerksbauteile profitieren enorm von Formen, die mit konventionellen Verfahren wie Fräsen oder Gießen nicht oder nur mit extremem Aufwand herstellbar sind. Innenkanäle für Kühlluft, Gitterstrukturen zur Gewichtsreduktion oder integrierte Funktionsbereiche, die früher aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt wurden, lassen sich additiv in einem Stück fertigen.
Hinzu kommt der Materialeinsatz: Beim Gießen oder Fräsen aus dem Vollen entsteht erheblicher Verschnitt bei teuren Hochtemperaturlegierungen wie Nickelbasislegierungen oder Titan. Additive Verfahren bauen das Material gezielt auf und reduzieren den sogenannten Buy-to-Fly-Quotienten (das Verhältnis von eingesetztem Rohmaterial zu fertigem Bauteilgewicht) deutlich. Für ein Unternehmen in der Größenordnung von GKN Aerospace summieren sich diese Einsparungen schnell auf signifikante Beträge.
Auch Lieferketten spielen eine Rolle: Wer kritische Bauteile intern additiv fertigen kann, ist weniger abhängig von Gießereien mit langen Vorlaufzeiten. Gerade in einem Marktumfeld, in dem die Luftfahrtindustrie nach der Pandemie mit Kapazitätsengpässen kämpft, ist das ein handfester Vorteil.
Verfahren und Material im Detail
Die Primärquelle nennt kein einzelnes Verfahren explizit, doch im Kontext von Triebwerkskomponenten aus Hochtemperaturlegierungen ist der Einsatz von Metall-3D-Druck per Pulverbettschmelzen (PBF, Powder Bed Fusion) der Industriestandard. Dabei wird Metallpulver schichtweise per Laser oder Elektronenstrahl aufgeschmolzen und zu dichten Bauteilen verfestigt. Gängige Varianten sind SLM (Selective Laser Melting) und DMLS (Direct Metal Laser Sintering), die sich in Prozessdetails, aber nicht im Grundprinzip unterscheiden.
Für Triebwerksanwendungen kommen typischerweise Nickelbasislegierungen (z. B. Inconel 718 oder 625) sowie Titanlegierungen (Ti-6Al-4V) zum Einsatz. Diese Werkstoffe bieten hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und sind bis zu Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius belastbar. Die Qualifizierung dieser Materialien und Prozesse nach Luftfahrtnormen (AS9100, NADCAP) ist aufwendig, aber GKN Aerospace verfügt über die nötige Infrastruktur und Erfahrung, um diese Hürde zu nehmen.
Was wurde konkret verbessert?
GKN Aerospace nennt in der Ankündigung keine spezifischen Kennzahlen zu Kosteneinsparungen oder Gewichtsreduktionen für einzelne Bauteile. Was sich aus dem strategischen Schritt ableiten lässt: Die Entscheidung, additive Fertigung auf mehrere Triebwerksprogramme auszuweiten, setzt voraus, dass interne Pilotprojekte den Nachweis erbracht haben, dass die Qualität, Reproduzierbarkeit und Wirtschaftlichkeit den Anforderungen der Serienproduktion genügen.
In der Praxis bedeutet eine breitere Ausrollung typischerweise: kürzere Durchlaufzeiten gegenüber Guss- und Schmiedeteilen, weniger Einzelteile durch Bauteilkonsolidierung (mehrere Funktionen in einem Bauteil) und eine höhere Designfreiheit für zukünftige Triebwerksgenerationen. Die Herausforderung bleibt die Nachbearbeitung: Additiv gefertigte Metallteile benötigen in der Regel Wärmebehandlung, Heißisostatisches Pressen (HIP, zur Verdichtung von Restporen) und spanende Nachbearbeitung an Funktionsflächen. Diese Prozesskette ist komplex und muss für jedes Bauteil sorgfältig qualifiziert werden.
Übertragbarkeit für den Mittelstand
Was GKN Aerospace im großen Maßstab umsetzt, folgt denselben Grundprinzipien, die auch für mittelständische Zulieferer in der Luft- und Raumfahrt oder im allgemeinen Maschinenbau relevant sind. Wer Bauteile aus teuren Legierungen fertigt, hohe Zerspanungskosten hat oder mit langen Gießerei-Vorlaufzeiten kämpft, sollte prüfen, ob additive Fertigung eine wirtschaftliche Alternative darstellt.
Der Einstieg erfordert keine eigene Anlage: Für die meisten mittelständischen Anwendungsfälle ist die Zusammenarbeit mit einem zertifizierten Dienstleister der sinnvollste erste Schritt. Wichtig ist dabei, dass der Dienstleister Erfahrung mit der jeweiligen Legierung und den branchenspezifischen Qualitätsanforderungen mitbringt. Die eigentliche Qualifizierung für Luftfahrtanwendungen ist ein längerer Prozess, aber der wirtschaftliche Nutzen zeigt sich oft schon bei der ersten Bauteilanalyse.
Persönliches Fazit
Die Ankündigung von GKN Aerospace ist kein Hype, sondern ein industrielles Signal: Wenn ein Tier-1-Zulieferer mit den Qualitätsanforderungen der Luftfahrt additive Fertigung in die Serienproduktion mehrerer Triebwerksprogramme integriert, dann ist der Reifegrad der Technologie nicht mehr zu diskutieren. Das war vor zehn Jahren noch anders.
Was mich aus Dienstleister-Sicht besonders interessiert: Die Skalierung auf mehrere Programme bedeutet, dass GKN Aerospace intern Prozesse, Qualifizierungsroutinen und Prozessketten aufgebaut hat, die reproduzierbar funktionieren. Das ist die eigentliche Leistung, nicht der einzelne gedruckte Prototyp.
Für den Mittelstand ist die Botschaft klar: Wer noch auf den richtigen Moment wartet, um sich mit Metall-3D-Druck ernsthaft zu beschäftigen, wartet zu lang. Die Technologie ist da, die Dienstleister sind da, und die Wettbewerber schlafen nicht. Der erste Schritt muss kein großes Investitionsprojekt sein, sondern eine ehrliche Analyse, welches Bauteil im eigenen Portfolio von additiver Fertigung profitieren würde.
