Prototal hat mit Windracers, einem in Großbritannien ansässigen Luft- und Raumfahrtunternehmen, zusammengearbeitet, um die Entwicklung und Produktion von leichten Polymerkomponenten für Windracers ULTRA zu unterstützen, einer Langstrecken-Frachtdrohne für den Schwerlastverkehr. Durch den Ersatz von Metallteilen durch industriell 3D-gedrucktes PA 2200 (Nylon 12) hat Prototal dazu beigetragen, das Gewicht zu reduzieren, die Vorlaufzeiten zu verkürzen und eine kontinuierliche Designoptimierung für missionskritische Luft- und Raumfahrtanwendungen zu ermöglichen.
Windracers entwickelt autonome Starrflügel-Frachtflugzeuge, die für Langstreckeneinsätze in Umgebungen konzipiert sind, in denen die herkömmliche Luftfahrt mit Besatzung unpraktisch oder unsicher ist. Ihr Flugzeug, Windracers ULTRA, kann Nutzlasten von bis zu 150 kg transportieren, Entfernungen von bis zu 1.000 km zurücklegen und bis zu 10 Stunden in der Luft bleiben. Die Plattform wird unter anderem für humanitäre Logistik, Umweltüberwachung, zivile Luftfracht und Verteidigungsunterstützung eingesetzt – oft in abgelegenen oder risikoreichen Regionen.
Die Herausforderung
Bei der Entwicklung von ULTRA stand Windracers vor der Herausforderung, das Gewicht des Flugzeugs und die Produktionskosten zu reduzieren, ohne dabei Kompromisse bei der Festigkeit, Haltbarkeit oder Leistung einzugehen.
Mehrere Komponenten wurden ursprünglich aus Metall hergestellt, was zu:
- Erhöhtes Gewicht
- Hohe Werkzeugkosten
- Längere Vorlaufzeiten
- Geringere Flexibilität bei der Design-Iteration
Bei einem unbemannten Langstreckenflugzeug wirken sich selbst kleine Gewichtsreduzierungen direkt auf die Lebensdauer, die Reichweite und die Treibstoffeffizienz aus, so dass die Wahl des Materials und der Herstellung entscheidend ist.
Ansatz zur Herstellung
Der Prototal-Standort in Großbritannien hat mit Windracers zusammengearbeitet, um ausgewählte Komponenten von Metall auf industriellen 3D-Druck aus Polymer umzustellen.
Technologie und Materialauswahl
- Industrielle 3D-Drucktechnologie Selektives Laser-Sintern (SLS)
- PA 2200 (Nylon 12), ausgewählt für das Verhältnis von Stärke zu Gewicht, Haltbarkeit und Wiederholbarkeit
- Werkzeuglose Produktion, die schnelle Iterationen und Kostenkontrolle ermöglicht
Mit diesem Ansatz wurde der Bedarf an Werkzeugen eliminiert und gleichzeitig eine produktionsreife Teilequalität mit kurzen Vorlaufzeiten erreicht.
Produzierte Komponenten
Nach der erfolgreichen Entwicklung der ersten Komponenten wurde die Zusammenarbeit auf mehrere Flugzeugteile ausgeweitet:
Motorhauben
Leichte Polymerverkleidungen wurden hergestellt, um die Triebwerke zu schützen, die aerodynamische Effizienz zu verbessern und die Gesamtmasse des Flugzeugs zu reduzieren. Das geringere Gewicht trug direkt zu einer verbesserten Reichweite und Ausdauer bei.
Untere Strebenverkleidungen (Steuerbordseite)
Verkleidungen mit Schnappverschluss, die um die Landestützen herum angebracht werden, verbessern den Luftstrom und vereinfachen gleichzeitig die Montage und Wartung. Das Design aus gedrucktem Polymer kombiniert Haltbarkeit mit minimalem Gewicht.
Antennenhalterung
Eine präzisionsgefertigte Halterung, die die Antenne des Flugzeugs während des Langstreckenflugs sichert. Das Bauteil wurde so hergestellt, dass es Vibrationen und Umwelteinflüssen standhält und eine zuverlässige Kommunikation und Navigation ermöglicht.
Kollaboration und Iteration
Durch die Beseitigung von Werkzeugbeschränkungen ermöglichte Prototal Windracers:
- Iterieren Sie Designs ohne zusätzliche Vorabinvestitionen
- Führen Sie kontinuierliche Verbesserungen der Teilegeometrie und der Produktionseffizienz ein.
- Reduzieren Sie die Vorlaufzeiten für aktualisierte Komponenten
“Der Wegfall der Notwendigkeit von Werkzeugen bedeutete, dass Designverbesserungen ohne finanzielle Beschränkungen entwickelt werden konnten. Wir hatten Zugang zu unbegrenzten Iterationen und Verbesserungen, nicht nur um das Design zu verbessern, sondern auch um die Produktion zu optimieren.“
– Meirion Rees, Production & Maintenance Lead, Windracers
Ergebnisse
Der Übergang zu industriell gedruckten 3D-Polymerkomponenten brachte messbare Vorteile:
- Geringeres Gewicht der Komponenten und der gesamten Flugzeugmasse
- Niedrigere Produktionskosten im Vergleich zu bearbeiteten Metallteilen
- Kürzere Vorlaufzeiten und schnellere Design-Iterationen
- Verbesserte Leistung der Flugzeuge bei Langstrecken- und Hochrisikoeinsätzen
- Ein skalierbarer Herstellungsansatz für die Serienproduktion
“Der Übergang zu leichten Polymerkomponenten hat nicht nur die Kosten gesenkt, sondern auch die Leistung der Flugzeuge verbessert.”
– Stephen Krajewski, Marketing Direktor, Windracers
Diese Zusammenarbeit zeigt, wie industrieller 3D-Druck produktionsreife Komponenten für die Luft- und Raumfahrt unterstützen kann, bei denen Gewichtsreduzierung, Wiederholbarkeit und Flexibilität entscheidend sind. Durch den Einsatz von SLS PA 2200 (Nylon 12) unterstützte Prototal Windracers bei der Optimierung der ULTRA-Plattform für anspruchsvolle Betriebsumgebungen und ermöglichte gleichzeitig eine kontinuierliche Entwicklung ohne die Einschränkungen herkömmlicher Werkzeuge.
Als Ergebnis unserer Zusammenarbeit hat sich Windracers zu einem wichtigen strategischen Partner in diesem Sektor entwickelt. Es ist ein Beweis für die Stärke unserer Partnerschaft und die entscheidende Rolle, die der industrielle 3D-Druck in der modernen Luft- und Raumfahrt spielt, dass wir uns weiterhin gegenseitig herausfordern, um Innovationen voranzutreiben.”
– Martin Nottingham, Geschäftsführer bei Prototal UK
