Laagje voor laagje lichter de lucht in

Consumenten maken sinds kort sieraden en speeltjes van plastic met 3D-printers. De luchtvaartindustrie maakt er al motoronderdelen mee.

Van de tienduizenden onderdelen waaruit een vliegtuigmotor bestaat, behoren ze tot de categorie 'niet zo vreselijk belangrijk'. Bevestigingshaken worden alleen gebruikt als monteurs een straalmotor voor inspectie, onderhoud of reparatie van de vleugel moeten tillen. Maar de haken zitten wel vast aan de motor en vliegen dus altijd mee. Hoe lichter deze 'verstekelingen' zijn, des te beter - dat scheelt brandstof.

Geen wonder dat de Indonesische ontwerper M. Arie Kurniawan recentelijk werd uitgeroepen tot de winnaar van een wedstrijd uitgeschreven door General Electric (GE), een van de belangrijkste toeleveranciers voor de luchtvaartindustrie. Het Amerikaanse bedrijf zocht een lichtere opvolger voor zijn conventionele bevestigingshaak. Kurniawan bracht het gewicht met 84 procent terug tot 327 gram, zonder dat het ten koste ging van de draagkracht en de stevigheid.

Een prototype van Kurniawans haak en die van negen andere finalisten werd door GE gemaakt met een relatief nieuw procedé. Metalen componenten worden doorgaans gemaakt door vloeibaar metaal in een mal te storten, uit een blok staal te frezen dan wel delen aan elkaar te lassen. GE gebruikte voor de wedstrijd een metaalprinter, die objecten opbouwt door met laserstralen laag voor laag metaalpoeder te laten smelten.

De 3D-metaalprinters zijn de zware, industriële broers van de 3D-printers die zich het afgelopen jaar in de kijker van de consument speelden.

'Het was echt een openbaring', zegt Greg Morris, GE's 3D-printspecialist, in een telefoongesprek vanuit Cincinnati (Ohio). De luchtvaartindustrie stelt strenge eisen aan de onderdelen voor vliegtuigen. GE's ingenieurs proberen vooral bestaande componenten kleiner en lichter te krijgen, om het brandstofverbruik te temperen. Maar, zegt Morris: 'Je ziet dat mensen op andere ideeën komen als ze niet met zulke beperkingen te maken hebben.' GE kreeg liefst zevenhonderd inzendingen binnen, vaak van ontwerpers die werkzaam zijn in andere industrieën.

GE experimenteert al vijftien jaar met 3D-metaalprinters, sinds zijn luchtvaartdivisie een nieuwe generatie straalmotor begon te ontwerpen. Nieuwe exotische materialen en legeringen moeten deze LEAP-motoren stukken lichter maken dan hun voorgangers. Lasersmeltmachines zijn in staat lichtere componenten te maken, zegt Morris. 'Er gaat ook veel minder materiaal verloren dan bij de oude fabricagemethoden.'

Morris was de oprichter van een bedrijf dat zich toelegt op metaalprinting en dat rond 2000 door GE werd gevraagd mee te denken over de productie van lichtere componenten voor zijn straalmotoren. Die samenwerking mondde in 2012 uit in een overname van Morris Technologies.

De lasersmeltmachines hebben hun beperkingen, erkent Morris. 'We hebben nu een werkruimte van 25 bij 25 centimeter. We kunnen nog niet alle metalen of legeringen gebruiken.' Het laagje voor laagje - tot een 15 duizendste van een millimeter dik - opbouwen van een object verloopt nog langzaam. 'Ik geloof ook niet dat 3D-printen een alternatief voor alle huidige productiemethoden is', zegt Morris. 'Ik zie het als aanvullend.'

Hij verwacht binnen vijf à tien jaar dat alle onderdelen van een straalmotor uit een metaalprinter kunnen komen. 'Het testen van nieuwe componenten en materialen zal veel tijd vergen.' Dat geldt niet alleen voor de luchtvaartindustrie, maar ook voor de medische sector, een andere branche die experimenteert met 3D-printing.

undefined

Meer over