Für eine zuverlässige Prozess- und Strukturüberwachung: FVK-Flugzeugkomponenten mit integrierten und gedruckten Sensoren

Die Luftfahrtbranche ist im Wandel: Innovationszyklen werden kürzer, Anforderungen in Produktion und Fertigung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Emissionen und Umweltverträglichkeit steigen. Um diese Herausforderungen zu meistern, sollen die Flugzeugteile der Zukunft kostengünstiger, flexibler und ökologischer sein. Das Fraunhofer IFAM unterstützt im Projekt »MORPHO« die Transformation der Branche. Das Ziel: Eine leise, effiziente, nachhaltige und gleichzeitig wirtschaftliche Luftfahrt von Morgen. Am Beispiel eines Flugzeug-Turbinenblatts konnten unsere Wissenschaftler*innen das Potenzial von Sensoren verdeutlichen, die darin integriert werde

 

Die Zukunft des Bauteilmanagements: Kontinuierliche Überwachung dank innovativer Sensortechnologie

Nahezu alle Bauteile eines Flugzeugs können heute aus Faserverbundkunststoffen (FVK) gefertigt werden. Dabei handelt es sich um mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkten Kunstharz. Der Einsatz von FVK ermöglicht die Integration von Sensoren, sogenannten Faser-Bragg-Gittern (FBGs), bereits während des Fertigungsprozesses. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Verwendung modernster Herstellungstechniken wie dem Resin Transfer Molding (RTM), bei dem die Sensoren direkt in die geschlossene Form eingefügt werden, während das Harz ausgehärtet wird. Diese Sensoren liefern nicht nur während des Herstellungsprozesses wertvolle Daten, sondern ermöglichen auch eine fortlaufende Überwachung des Bauteilzustands während seiner gesamten Lebensdauer.

Darüber hinaus erforschen wir innovative Drucktechniken wie Siebdruck, Dispensverfahren und Aerosol Jet® Printing, um Sensoren direkt auf die Bauteile zu applizieren. Im Projekt »MORPHO« haben wir erfolgreich Piezo- und Temperatursensoren auf Faserverbund-Bauteile gedruckt, wodurch Daten für Digitalisierungszwecke oder die strukturelle Zustandsüberwachung generiert werden können.

 

Effizienzsteigerungen in den Wartungsprozessen von Flugzeugen

Durch die Integration von Sensorik in Flugzeugkomponenten bieten wir nicht nur einen Mehrwert in Bezug auf Sicherheit und Zuverlässigkeit, sondern ermöglichen auch erhebliche Effizienzsteigerungen in den Wartungsprozessen. Perspektivisch könnten kontaktlos auslesbare Sensorstrukturen die Wartungszeiten deutlich verkürzen und die Betriebskosten senken.

Das Fraunhofer IFAM bietet der Luftfahrtindustrie ein breites Spektrum an Innovationen in den Bereichen Materialqualifizierung und Fertigungsprozesse. Damit trägt das Fraunhofer IFAM zu einer nachhaltigen, effizienten und dennoch wirtschaftlich wettbewerbsfähigen Luftfahrt von morgen bei.

Das Video veranschaulicht die Arbeit des Fraunhofer IFAM im Projekt MORPHO:

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Über das Projekt:

MORPHO (»Manufacturing, Overhaul, Repair for Prognosis Health Overreach«) zielt darauf ab, ein innovatives, robustes und umweltfreundliches industrielles Verfahren zu entwickeln und zu testen, um eine neue Generation intelligenter, multifunktionaler und aus mehreren Materialien bestehender Teile wie z.B. Triebwerksschaufeln herzustellen, zu überwachen und zu recyceln. Dieser Prozess stützt sich auf eingebettete Sensoren, datengesteuerte hybride Zwillinge und Algorithmen des maschinellen Lernens, um den gesamten Lebenszyklus der betreffenden Flugzeugteile in Echtzeit zu verfolgen.

Das Ziel von MORPHO ist es, zur Entwicklung von Standards beizutragen, die eine zuverlässige, nachhaltige, flexible und wettbewerbsfähige Industrialisierung von intelligenten Strukturen für die Luftfahrt ermöglichen.


Projektlaufzeit:

3,5 Jahre

 

Fördergeber:

European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme

 

Förderkennzeichen:

GA 101006854

 

Projektpartner: