Nicht zuletzt wegen der 3D-Druck-Bauteile von Quickparts erreicht die unbemannte Aufklärungsdrohne T-Hawk ein extrem niedriges Gewicht bei hoher Stabilität. Und die Bauteile bieten ein bisher noch nie dagewesenes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit.
Das Projekt “T-Hawk” startete als DARPA-Forschungsprojekt zur Entwicklung eines kleinen, nur 5 Kilogramm schweren Flugobjektes zur Aufklärung und Überwachung des Nahkampfes in Kriegsgebieten. Die Aufklärungsdrohne sollte senkrecht starten und landen können, leicht zu transportieren und von einem Soldaten aufzubauen sein, ein Minimum an Schulung erfordern und bis zu 10.000 Fuß hoch fliegen können.
Honeywell Aerospace und AAI Textron Systems erhielten den Zuschlag für das Projekt – und mussten direkt starten, weil die Projektzeit kurz vor. Sie entschieden sich, die Zusammenarbeit mit Quickparts zu suchen und damit Zugang zu Fachwissen in Sachen schnelles Prototyping und additive Fertigung von Flugzeugbauteilen zu erhalten.
Das war eine gute Entscheidung. Denn Quickparts bietet nicht nur schnellen Service für 3D-gedruckte Teile für Hersteller in allen Branchen, sondern auch umfassende Expertise und Beratung für Forschungsprojekte und Serienteile in der Luft- und Raumfahrt.
Die Konstruktionsteams starteten sofort mit der Erstellung von Prototypen und Testmodellen. Sie hatten ursprünglich vorgesehen, viele Kunststoffbauteile als CFK-Komponenten oder als Spritzgussteile auszuführen. Das erwies sich als schlecht machbar, weil der Entwurfsprozess – einschließlich früher Flugtests – aus schnellen, iterativen Prozessen bestand und in dieser Zeit keine entsprechenden Prototypen zu beschaffen waren. Dieser Weg vom Konzept bis zur letztendlichen Kleinserienproduktion erwies sich also als zu lang. Die Iterationen mussten schneller erfolgen, um die Streitkräfte mit dem T-Hawk ausrüsten zu können.
Eine typische Anforderung aus dem Projekt bestand darin, das maximale Gewicht des Steuergeräts von 38 Gramm nicht zu überschreiten. Die Airframe-Ingenieure von AAI hatten hier ursprünglich Kohlefaser vorgesehen. Bei genauer Prüfung stellte sich jedoch heraus, dass sowohl Kosten als auch der Zeitaufwand bei diesem Werkstoff zu hoch wären und sich die Produktion nicht ohne weiteres skalieren ließe.
Stattdessen wurde der SLS-3D-Druck (selektives Lasersintern) eingesetzt. Dabei wurde die Konstruktion so geändert, dass das komplette Gehäuse in einem Teil gefertigt werden kann. Das ist nur mit additiver Fertigung möglich. Bei der ursprünglich vorgesehenen Verwendung herkömmlicher Fertigungstechniken bestanden die vier Antriebseinheiten aus drei luftfolienartigen Tragflächen, die jeweils aus 6 bis 7 CFK-Bauteilen bestehen sollten. Mithilfe des SLS-3D-Drucks konnte das AAI-Team diese Teile zu einer Baugruppe zusammenfassen. Als Werkstoff kommt dabei Duraform PA zum Einsatz – ein “druckbares” Polyamid, das eine sehr ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und (geringem) Gewicht aufweist.
Mit diesem Verfahren konnten die Leichtbau-Anforderungen effizient erfüllt und die Komplexität erheblich reduziert werden. Zusätzlich wurde Gewicht reduziert, weil man auf Befestigungselemente und/ oder Klebstoffs verzichten kann.
Der T-Hawk wird von einem miniaturisierten Zweitakt-Benzinmotor angetrieben. Er treibt einen leistungsstarker Lüfter an, der aus CFK-Pressteilen besteht und die Luft erst durch einen Stator und dann zu den Rotoren bzw. Tragflächen leitet. Beim Stator handelte es sich ursprünglich um eine aerodynamisch komplexe Konstruktion mit 13 Schaufeln. Er sollte im Spritzgussverfahren gefertigt werden, bis man feststellte, dass die Entwicklung der Werkzeuge kaum zu realisieren war, das Budget nicht ausreichte und eine rasche Inbetriebnahme nicht möglich war.
Daraufhin wurde der Stator umkonstruiert für den 3D-Druck. Er wird nun mit Hilfe von Silikonkautschukformen aus Urethan gegossen. Das Mastermodell entstand unter Verwendung des additiven Stereolithographie-Verfahrens (SLA).
Anfangs war die Teamarbeit von AAI und Quickparts nur für das Prototyping geplant. Im Zuge des Projektes wurde das Teamwork und die verwendeten Produktionsverfahren auch auf die Serienproduktion ausgeweitet. Jetzt werden Teile des Korpus sowie die Rotorengehäuse grundsätzlich aus 3D-Druck-Teilen gefertigt – schnell und zuverlässig, von Quickparts.
Der serienreife T-Hawk erfüllt alle Anforderungen des Auftraggebers an ein sehr leichtes und funktionales Mikro-Luftfahrzeug. Er erreicht Geschwindigkeiten bis 50 Meilen pro Stunde erreicht, kann tagsüber und nachts fliegen und – was ganz wichtig ist – auch stehend in der Luft verharren. Dank dieser Eigenschaft kann er die Streitkräfte z.B. bei der Identifizierung von Sprengfallen und der Beurteilung von Katastrophensituationen am Boden unterstützen. Mit einem Gewicht von rund 9 kg in voll montiertem, flugfähigen Zustand passt die Aufklärungsdrohne in einen Rucksack und lässt sich vielfältig einsetzen.
