Prototyping in der Luftfahrt: Wie Archer Aviation die nächste Generation von Flugtaxis entwickelt

Archer Aviation, Inc., ein führendes Unternehmen im Bereich elektrisch angetriebener Fluggeräte, die senkrecht starten und landen (eVTOL für engl. electric Vertical Take-Off and Landing aircraft), setzt mit der Entwicklung der nächsten Generation von Lufttaxis neue Maßstäbe für den Flugverkehr. Julien Thiebaud ist Designmanager in der Abteilung für fortschrittliche Technologien, die ein komplettes Designstudio für die Innenausstattung von Flugzeugen umfasst. Das Studio stellt Modelle und Prototypen in voller Größe her und verwendet dazu unter anderem die 3D-Druckverfahren Schmelzschichtung (FDM) und Stereolithografie (SLA).

Thiebaud berichtet: „Wir drucken ständig. Absolut alles, was bei Archer herauskommt, durchläuft irgendwann unser Studio.“ Das Industriedesign-Team von Archer verbringt den Großteil seiner Zeit mit der Entwicklung funktionaler Prototypen aus fortschrittlichen Materialien. Diese Prototypen müssen Leistungsnormen erfüllen und gleichzeitig eine hervorragende Oberflächenqualität und enge Toleranzen aufweisen. Bei der Auswahl eines 3D-Druckers stehen laut Thiebaud daher „Zuverlässigkeit, Schnelligkeit, Oberflächenqualität und Kundenservice an erster Stelle“.

Als Nutzer des Form 3L und des Form 4 stellte Thiebaud auch den Form 4L auf den Prüfstand, um zu beurteilen, wie er sich im anspruchsvollen Studio von Archer behaupten würde.

Bevor Thiebaud den 3D-Druck in den Betrieb holte, testete er Prototypen mit CAD-Simulationen oder zerspante Prototypen von Hand und testete sie manuell – ein langwieriger und kostspieliger Prozess. Die Einführung des 3D-Drucks war sowohl zeit- als auch kosteneffizienter. Mittels Schmelzschichtung (FDM oder Fused Deposition Modeling) und Stereolithografie-3D-Druck (SLA) konnten Prototypen erheblich schneller hergestellt werden.

Vor dem Form 4L druckte Thiebaud große Teile mit FDM-Druckern, weil dies schneller und leichter ging als der Druck mit dem Form 3L. Letzteren verwendete er, wenn eine glattere Oberflächenbeschaffenheit erforderlich war. Doch mit der Markteinführung des Form 4L verkürzte sich die Druckzeit für einige Teile von 10 Stunden mit dem Form 3L auf eine Stunde mit dem Form 4L.

Die Geschwindigkeit des Form 4L hat die Anzahl der Durchläufe, die das Team in einer Woche durchführen kann, vervielfacht. Für den Prototyp einer Kopfstütze druckt Thiebaud das Trägermaterial und die Montagevorrichtung, um die Platzierung der Polsterung und der Nähte zu testen. Er sagt: „Durch den 3D-Druck auf dem Form 4L können wir fünf verschiedene Designs und fünf verschiedene Tests pro Woche umsetzen.“ Die Herstellungsdauer eines Prototyps verringert sich dadurch um die Hälfte.

Thiebaud prototypisiert kleine Teile für Beleuchtungssysteme, Innenausstattungen für den Transport (z. B. zur Fertigstellung von Sitzen, Armaturen und der Kabine) und auch maßstabsgetreue Architekturmodelle. Einige dieser Teile müssen mitunter hohen Temperaturen standhalten und korrosionsbeständig gegenüber Chemikalien sein. Für solche Prototypen verwendet Thiebaud High Temp Resin, das eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) von 238 °C bei 0,45 MPa aufweist – die höchste unter den Formlabs-Kunstharzen.

Mit SLA gedruckte Teile sind isotrop und halten den funktionalen Anforderungen der Prototypenentwicklung stand. Das Materialentwicklerteam von Formlabs hat die Technologie des Form 4 ausgenutzt, um unsere Standard-Kunstharze zu aktualisieren und ihre mechanischen Eigenschaften und Ästhetik zu optimieren. Das hat nicht nur zu einem schnelleren Druck, sondern auch zu einer verbesserte Leistung geführt.

Die Druckzeit selbst ist erst die halbe Miete. Auch die Nachbearbeitung und Fertigstellung von 3D-Druckteilen müssen in die Fertigungszeit einkalkuliert werden. Je feiner die Oberflächenbeschaffenheit direkt nach dem Druck ist, desto weniger Nacharbeiten sind erforderlich. Thiebaud merkt an: „Jedes Mal, wenn man Stützstrukturen ablöst, muss man Stützspuren abschleifen. Das System des Form 4 hat die Dichte der Stützstrukturen deutlich verringert. Die Oberflächenqualität der Teile ist gleich, wenn sie aus dem Drucker kommen, sehr, sehr hoch. Das heißt, man muss das Teil nach dem Nachhärten nur kurz mit Sandpapier abschleifen, und schon ist es einsatzbereit.“

Zu Beginn ließ Thiebaud automatische Stützstrukturen in PreForm generieren. Diese sind darauf ausgelegt, den Zeitaufwand zum Ablösen der Stützen zu minimieren und die Oberflächen möglichst unberührt zu halten. Als er mehr Erfahrung gewonnen hatte, stellte er die Stützstrukturdichte und die Berührungspunkte selbst ein, für noch schnellere Drucke und minimale Nacharbeiten. Außerdem richtet er die Teile manuell aus, um sicherzustellen, dass die wichtigsten Oberflächen makellos bleiben.

Thiebaud ist ständig am Drucken. Da er in der Lage ist, ein CAD-Modell in 30 Minuten zu entwerfen, hat er einen anhaltenden Strom von Prototypen zu drucken. Bei dieser Menge an Drucken würde jeder Druckerausfall den Zeitplan ernsthaft gefährden und zu einer massiven Störung der Arbeitsabläufe führen. Thiebaud erklärt: „Als wir Formlabs entdeckten, stand die Zuverlässigkeit für uns an erster Stelle.“

Thiebaud muss sich darauf verlassen können, dass jedes Teil, das er an den Drucker sendet, genau nach Vorgabe gedruckt wird. In den Druckern der Form-4-Serie kontrollieren sechs integrierte Sensoren präzise die Harztemperatur, den Harzpegel, die Druckkräfte und den Druckstatus, während vorbeugende Wartungshinweise dafür sorgen, dass der Drucker stets verlässlich funktioniert.

Falls einmal ein Fehler behoben werden muss oder Fragen auftauchen, kann Thiebaud sich direkt an das Expertenteam von Formlabs wenden, sodass die Produktion im Designstudio auf Kurs bleibt.

Das Prototyping der Spitzentechnologien von Archers Flugzeug erfordert Schnelligkeit, Präzision, Genauigkeit und Zuverlässigkeit, und der Form 4L ist der Aufgabe gewachsen. Indem sie Prototypen mit glatten Oberflächen und leicht entfernbaren Stützstrukturen bereitstellen, sparen Thiebaud und das Fertigungsteam Zeit und ermöglichen so einen schnelleren Durchsatz der Prototypen.

Entdecken Sie den Form 4L, um mehr zu erfahren, oder kontaktieren Sie unser Vertriebsteam, um zu entdecken, wie Sie Ihre Produktentwicklung mit Formlabs beschleunigen können.