Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Im Verbundprojekt META entwickeln Partner aus Industrie und Forschung innovative metallische Fertigungstechnologien für eine nachhaltige und wirtschaftliche Luftfahrtproduktion. Ziel des Vorhabens ist es, bestehende Prozessketten grundlegend weiterzuentwickeln, Ressourcenverbräuche zu reduzieren und gleichzeitig die industrielle Wettbewerbsfähigkeit deutscher Luftfahrtstandorte zu stärken.
Das Projekt adressiert zentrale Herausforderungen der modernen Flugzeugfertigung: steigende Anforderungen an Energie- und Materialeffizienz, erhöhte Produktionsraten sowie die industrielle Integration neuer Fertigungstechnologien.
Hintergrund und Motivation
Viele metallische Fertigungsprozesse in der Luftfahrt basieren auf Verfahren, die vor über 15 Jahren entwickelt wurden. Zwar erfüllen diese Verfahren weiterhin hohe Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen, sie stoßen jedoch zunehmend an Grenzen hinsichtlich Effizienz und Nachhaltigkeit.
Ein wesentliches Problem ist der hohe Material- und Energieeinsatz: Strukturbauteile wie Türumgebungen werden häufig aus massiven Metallplatten gefräst – ein Prozess, der große Mengen an Materialabfall verursacht und hohe Fertigungskosten mit sich bringt. Gleichzeitig erschweren aufwendige Prüfprozesse sowie begrenzte Produktivitäten den industriellen Einsatz moderner Verfahren wie der additiven Fertigung. Komplexe, voneinander getrennte Prozessketten bei Fügeverfahren sowie energieintensive Aushärtezyklen in der Klebtechnik reduzieren zusätzlich die Produktionsraten und erhöhen den Energiebedarf.
Vor dem Hintergrund wachsender internationaler Konkurrenz entsteht damit ein deutlicher Innovationsbedarf für nachhaltige und skalierbare Fertigungstechnologien.
Projektziele und Innovationsansätze
META verfolgt das Ziel, innovative Metalltechnologien zu entwickeln, die ökologische Nachhaltigkeit und wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit vereinen.
Dazu sollen neue Fertigungsverfahren bis zur industriellen Reife (TRL 6) gebracht werden – von additiven Fertigungsverfahren über optimierte Blechumformungen bis hin zu effizienten Kleb- und Oberflächentechnologien.
Konkrete Zielgrößen des Projekts sind unter anderem:
- Reduktion des Rohmaterialeinsatzes von Titan um über 20% und von Aluminium um bis zu 90%
- Senkung der Energiekosten in der Fertigung um bis zu 50%, z. B. durch optimierte Autoklav-Prozesse
- Erhöhung der Produktionsraten durch Automatisierung und verkürzte Durchlaufzeiten
Das Projekt strebt damit einen technologischen Vorsprung für deutsche Luftfahrtstandorte an, um deren internationale Wettbewerbsfähigkeit dauerhaft zu sichern.
Technologischer Ansatz
Die Projektarbeit ist in vier zentrale Arbeitspakete gegliedert, die in enger Zusammenarbeit zwischen Industrie- und Forschungspartnern umgesetzt werden.
Den Ausgangspunkt bildet ein modulares Gesamtkonzept für Türumgebungsstrukturen, das als Integrationsplattform für alle entwickelten Technologien dient.
Darauf aufbauend werden:
- additive Fertigungsverfahren wie Direct Energy Deposition (DED) und produktivitätsoptimiertes Laser-Pulverbett-Schmelzen (LPBF) für hochbeanspruchte Bauteile weiterentwickelt,
- effiziente Prozessketten der Kalt- und Warmumformung (Fluid Cell Forming und Hot Form Quench) etabliert, um Fräsbauteile durch Blechkonstruktionen zu ersetzen,
- Oberflächenvorbehandlungen harmonisiert sowie
- automatisierte, laserbasierte Prüfverfahren für Klebverbindungen entwickelt.
Die Validierung erfolgt anhand physischer Demonstratoren unter realitätsnahen industriellen Bedingungen bis zum Projektabschluss im Jahr 2028.
Beitrag des Fraunhofer IFAM
Das Fraunhofer IFAM übernimmt im Projekt zentrale Aufgaben im Bereich Oberflächenbehandlung und Klebtechnik. Ziel ist die Entwicklung einheitlicher und effizienter Korrosionsschutzprozesse für Aluminium-Blechbauteile sowie alternativer Konzepte zur thermischen Aushärtung von Klebungen.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Vereinheitlichung der Vorbehandlungsschritte vor dem Anodisieren. Bestehende Prozesse vor dem Phosphorschwefelsäure- (PSA) und dem Weinsäureschwefelsäure-Anodisieren (TSA) sollen durch eine gemeinsame Vorbehandlung ersetzt werden. Zudem wird untersucht, ob das TSA-Verfahren vor Lackierprozessen künftig durch PSA substituiert werden kann.
Ergänzend erfolgt ein Screening alternativer Oberflächenbehandlungen, darunter:
- vereinfachte Anodisierverfahren,
- Elektrotauchlackierung (EDP) sowie
- plasmaelektrolytische Oxidation (PEO).
Darüber hinaus entwickelt das Institut Konzepte für eine beheizte Vakuumhaube zur energieeffizienten Aushärtung von Klebungen. Nach der Materialbeschaffung werden Aufheizversuche zunächst an einfachen und anschließend an komplexeren Geometrien durchgeführt. Die Entwicklung eines Fertigungsgestells wird dabei klebtechnisch begleitet.
