Drohne aus dem Drucker
Britische Forscher haben erstmals ein vollständiges Miniflugzeug mit Rapid-Prototyping-Werkzeugen hergestellt.
Britische Forscher haben erstmals ein vollständiges Miniflugzeug mit Rapid-Prototyping-Werkzeugen hergestellt.
Schon lange benutzen Flugzeugbauer in ihren Werkstätten 3D-Drucker – meist aber nur, um Prototypen oder wenig belastete Bauteile wie Lüftungskanäle herzustellen. Forscher an der University of Southampton haben nun erstmals ein Flugzeug in die Luft gebracht, das komplett von der Nase bis zur Flügelspitze ausgedruckt wurde.
Der kleine unbemannte Elektroflieger namens Sulsa – was für "Southhampton University Laser Sintered Aircraft" steht – hat eine Spannweite von zwei Metern und eine Höchstgeschwindigkeit von rund 160 Kilometern pro Stunde. Die aktuelle Version kann eine Nutzlast von rund 500 Gramm tragen und bleibt immerhin 30 Minuten in der Luft, was sich durch bessere (aber teurere) Akkus noch steigern lassen würde, wie die Wissenschaftler sagen.
Der Sulsa-Vogel wurde auf einer sogenannten Laser-Sinter-Maschine des Münchner Spezialanbieters EOS hergestellt. Bei dem Rapid-Prototyping-System verschmilzt ein Laserstrahl Nylonpulver Schicht für Schicht zu einer festen Struktur.
Der Vorteil dieses Verfahrens: Es ermöglicht völlig freie Geometrien des Flugkörpers. So konnten die britischen Forscher auf bewährte historische Bauweisen zurückgreifen, beispielsweise auf die elliptischen Tragflächen des Spitfire-Jägers aus dem Zweiten Weltkrieg, die zwar aerodynamisch sehr günstig waren, sich mit herkömmlichen Methoden aber nur schwer herstellen ließen. Das Rumpfdesign besitzt wiederum eine geodätische Struktur, die an die Wellington des englischen Flugzeugbauers Vickers erinnert, einer Bombergeneration aus dem Zweiten Weltkrieg.
Außerdem benötigt das 3D-Druckverfahren keine Formwerkzeuge und beschleunigt so die Entwicklung – die Konstruktionsdaten werden aus dem Computer, wo die Forscher ihre Ideen vorab in einem virtuellen Windkanal testen können, ohne Umwege direkt an die Laser-Sinter-Maschine ausgegeben. Statt mehrerer Monate dauert die Entwicklung eines neuen Flugzeugtyps nach Angaben der University-of-Southampton-Forscher nun nur noch wenige Tage.
Einen Nachteil hat die Bauweise derzeit allerdings noch: Da das Flugzeug zu groß ist, um in den Bauraum des 3D-Druckers zu passen, wird es aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Dazu sind allerdings weder Schrauben noch Werkzeuge nötig – die Komponenten lassen sich innerhalb kürzester Zeit verlässlich mit Schnappverschlüssen zusammenstecken.
Die Sulsa-Drohne besteht aus nur 14 Einzelteilen, die sich nach dem Sintern in knapp 10 Minuten zusammenbauen lassen: Darunter die Rumpfstruktur samt Flügeln und Heck, ein Bordelektronikbehälter, der Propellerantrieb, zwei Batterien, Servomotoren samt Verkabelung, ein Funkteil und die Steuereinheit inklusive GPS. Die Elektronik ist vormontiert und muss nur noch eingeschoben werden.
"Die Hauptintelligenz der Konstruktion liegt im CAD-Modell und dem Laser-Sinter-Prozess", sagt Jim Scanlan vom Uniprojekt "DECODE", das Sulsa an der Hochschule vorantreibt. Vorstellbar wäre beispielsweise, die aktuellen Pläne im Internet zur Verfügung zu stellen, so dass sich jeder Interessierte seine eigene Drohne bauen kann.
"Der einfachste Weg ist natürlich der, dass man bereits Daten hat", sagt Rene Bohne, der im Rahmen der Media Computing Group an der RWTH Aachen ein "Fab Lab" betreut, eine Hightech-Werkstatt für Laien, wie es sie weltweit inzwischen schon an 50 verschiedenen Standorten gibt. Hier lassen sich Modelle wie die Drohne von "DECODE" auf passender Hardware drucken.
Wer sich für die Idee interessiert: Neben Projekten wie "DECODE" empfiehlt Informatiker Bohne Internet-Angebote wie thingiverse.com, wo in einer Art "Universum der Dinge" digitale Baupläne getauscht und weiterverbreitet werden. Mit der Erlaubnis des Bauplan-Urhebers könne man sich dort einen fertigen Datensatz einfach herunterladen, so Bohne. Um erste Erfahrungen mit dem 3D-Druck zu sammeln, seien solche Datensätze ideal, sagt Bohne. "Richtig Spaß macht es aber erst, wenn man seine eigenen 3D-Modelle drucken kann."
Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, ein 3D-Modell zu erstellen: "Entweder modelliert man direkt in einer Software am Computerbildschirm, oder man scannt das entsprechende Objekt und bereitet die so erzeugten Daten weiter für den 3D-Drucker auf", erläutert Ben Jastram, Experte für Datenerstellung im 3D-Labor der Technischen Universität Berlin. Die Sulsa-Drohne entstand, nach Erarbeitung entsprechender Vorlagen, komplett am Rechner.
Mitarbeit: Dennis Dilba (bsc)
