Additive Fertigung in der Luft-, Raumfahrt und Verteidigungsindustrie

Ein fehlendes Ersatzteil kann dazu führen, dass ein Flugzeug am Boden bleiben oder ein Schiff außer Dienst gesetzt werden muss. Für Unternehmen, die seit Jahrzehnten Systeme der Luft-, Raumfahrt und der Verteidigungsindustrie warten, können veraltete Komponenten und lange Lieferzeiten der Zulieferer dazu führen, dass routinemäßige Wartungen zu längeren Ausfallzeiten werden. Additive Fertigung bietet neben Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung und zur Zusammenfassung von Komponenten in neuen Konstruktionen einen weiteren Produktionsweg für geeignete Teile.

Die Herstellung eines zugelassenen Teils erfordert, dass Teams den Entwurf, den Fertigungsplan und die für die Zulassung erforderlichen Nachweise miteinander verknüpfen. Lücken in diesen Informationen können zu Nacharbeiten, zusätzlichen Prüfungen und Verzögerungen bei der Inbetriebnahme der Teile führen. Ein Digital Thread hilft Teams dabei, diese Verknüpfungen aufrechtzuerhalten, auch wenn sich Entwürfe und Produktionspläne ändern.

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Warum die additive Fertigung gerade jetzt so wichtig ist

Jüngste Initiativen der Marine und im Bereich der Flugzeuginstandhaltung verdeutlichen, wie die additive Fertigung dazu beitragen kann, Lieferengpässe zu bewältigen.

Im August 2026 kündigte die US-Marine neue technische Anforderungen an, um den Ersatz konventionell gefertigter U-Boot-Komponenten durch Alternativen aus der additiven Metallfertigung zu erleichtern. Als Gründe für den verstärkten Einsatz nannte die Marine lange Vorlaufzeiten, Probleme mit den Zulieferern und Veralterung. Die geltenden Sicherheits- und Qualitätsanforderungen bleiben weiterhin bestehen, auch für Anwendungen mit hohen Risiken.

In einem Artikel vom April 2026 berichtete NAVAIR, dass das Fleet Readiness Center East seine ersten flugzertifizierten, nicht flugkritischen, mittels additiver Metallfertigung hergestellten Flugzeugteile ausgeliefert habe. Dazu gehörten Komponenten für den AH-1Z Viper, den V-22 Osprey und die C-130 Hercules. Das Depot lieferte die Teile im Jahr 2025 aus, nachdem es seine Fertigungsprozesse entwickelt und zertifiziert hatte.

Für die Instandhaltungsteams stellt sich die Frage, ob eine alternative Fertigungsmethode ein zugelassenes Ersatzteil bereitstellen kann, wenn es für die Wartung benötigt wird. Man sollte mit Bauteilen beginnen, deren Mangel Reparaturen verzögert, und dann prüfen, ob die additive Fertigung eine praktikable Möglichkeit bietet, die Verfügbarkeit zu verbessern.

Wo die additive Fertigung einen Mehrwert schaffen kann

Die Prioritäten unterscheiden sich zwischen der Entwicklung eines neuen Produkts und der Aufrechterhaltung eines bereits im Einsatz befindlichen Produkts.

Designflexibilität. Bei neuen Produkten ermöglicht die additive Fertigung Geometrien, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer herzustellen sind. Ingenieure können Gitterstrukturen untersuchen und Komponenten kombinieren, um Anforderungen hinsichtlich Gewicht, Leistung oder Montage zu erfüllen. Die Entwürfe müssen weiterhin hinsichtlich Belastungen, Materialverhalten, Fertigungsbeschränkungen und Verifizierungsanforderungen bewertet werden.

Sicherung des Betriebs und Obsoleszenz. Bei bereits im Einsatz befindlichen Plattformen kann die Priorität darin bestehen, einen geeigneten Ersatz zu finden, wenn ein Zulieferer den Markt verlässt oder eine Komponente veraltet ist. Die additive Fertigung kann einen alternativen Produktionsweg bieten, sofern das Bauteil die Anforderungen für den vorgesehenen Verwendungszweck erfüllt. Die U-Boot-Initiative der Marine veranschaulicht diese Möglichkeit für Komponenten, die von langen Vorlaufzeiten und Veralterung betroffen sind.

Prototypenbau und Produktionsvorbereitung. Die additive Fertigung kann Konstruktionsiterationen, den Werkzeugbau und ausgewählte Endanwendungen unterstützen. Teams müssen ein Verfahren wählen, das den Anforderungen des Bauteils entspricht, und den gesamten Produktionsablauf bewerten.

In jedem Fall sollten Zeit und Kosten für die Lieferung eines freigegebenen, einsatzfähigen Bauteils ermittelt werden. Dabei sind neben dem Druck auch Qualifizierung, Nachbearbeitung und Prüfung zu berücksichtigen. Eine schnellere Fertigung hat nur begrenzten Wert, wenn nachfolgende Arbeitsschritte den Gewinn zunichte machen.

Design für den Fertigungsprozess

Bei einem Bauteil für die Luft-, Raumfahrt und die Verteidigungsindustrie ist die Reproduktion der Geometrie nur ein Teil der Aufgabe. Ingenieure müssen zudem beurteilen, ob das Material, das Fertigungsverfahren und der Prüfansatz die Anforderungen für den vorgesehenen Verwendungszweck erfüllen können. Diese Überlegungen sollten die Konstruktion von Anfang an leiten.

Die Bauausrichtung, Stützstrukturen, die Materialauswahl und die Nachbearbeitung beeinflussen allesamt die Konstruktionsentscheidungen. Die Creo-Dokumentation von PTC nennt die Bauausrichtung als einen frühen Konstruktionsaspekt, da sie Stützstrukturen, die Gitterausrichtung und die Platzierung auf der Bauplattform betrifft.

Die frühzeitige Abwägung dieser Kompromisse hilft Ingenieuren dabei, zu beurteilen, ob ein Entwurf praktikabel zu fertigen ist. Ein leichtes Gitter erfordert beispielsweise auch einen praktikablen Ansatz für das Entfernen der Stützstrukturen, die Endbearbeitung des Bauteils und dessen Prüfung.

Creo unterstützt das Gitterdesign und die Vorbereitung für die additive Fertigung, einschließlich der Einrichtung der Druckplatte. Je nach Creo-Konfiguration stehen auch Funktionen für Stützstrukturen aus Metall zur Verfügung. Ingenieure können die Geometrie entwickeln und den Druckvorgang im Rahmen des Konstruktionsworkflows vorbereiten.

Creo: Die besten Designs in kürzerer Zeit

Creo unterstützt die Produktentwicklung mit einer zentralen, integrierten CAD-Plattform.

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Die Ausrichtung auf den Fertigungsprozess schafft zudem Möglichkeiten zur Verbesserung der Bauteilleistung. Jacobs Engineering nutzte die Funktionen des Generativen Designs von Creo, um Strukturkomponenten für das „Exploration Portable Life Support System“ der NASA – einen Rucksack zur Lebenserhaltung für Astronauten – zu optimieren. Das Team untersuchte Kombinationen aus Materialien und Fertigungsverfahren, darunter auch die additive Fertigung. Die Fallstudie von PTC berichtet von Gewichtsreduzierungen von bis zu 50% bei Bauteilen sowie einer erwarteten Verkürzung der Konstruktionszeit um 20% und zeigt damit, wie Generatives Design Ingenieuren helfen kann, leichtere Luft- und Raumfahrtkomponenten effizienter zu entwickeln.

Sobald ein Entwurf technisch realisierbar ist, besteht die nächste Herausforderung darin, die Produkt- und Prozessinformationen zu verwalten, die für die Reproduktion und Freigabe des Entwurfs erforderlich sind.

Stellen Sie sicher, dass Design- und Fertigungsinformationen miteinander verknüpft sind

Da sich die additive Fertigung zunehmend auf verschiedene Teams und Zulieferer ausweitet, benötigen Unternehmen aus der Luft-, Raumfahrt und der Verteidigungsindustrie klare Antworten auf fünf Fragen:

• Welche Konstruktionsversion ist freigegeben?
• Welche Anforderungen und Fertigungsanweisungen gelten?
• Welche Änderungen erfordern eine Überprüfung?
• Welche Nachweise stützen die Abnahme des fertigen Bauteils?
• Für welche Flugzeug-, Schiffs- oder Ausrüstungskonfiguration ist das Bauteil freigegeben?

Ein Digital Thread verbindet die Konstruktionsabsicht, die freigegebene Produktdefinition und die Fertigungsplanung und hilft den Teams, diese Zusammenhänge auch bei sich ändernden Informationen aufrechtzuerhalten.

Stellen Sie sich eine Ersatzhalterung vor, die für ein additives Verfahren neu konstruiert wurde. Die Fertigung entwickelt einen Produktionsplan auf der Grundlage der freigegebenen Geometrie, während die Teams bestätigen, für welche Flugzeug- oder Ausrüstungskonfigurationen das überarbeitete Bauteil zugelassen ist. Wenn sich das Design erneut ändert, müssen die Teams ermitteln, welche Fertigungsanweisungen, Begleitdokumente und Konfigurationsfreigaben überprüft werden müssen. Die Aufrechterhaltung dieser Verbindungen hilft den Teams, die richtige Konstruktionsversion zu identifizieren und die Konfigurationen zu verstehen, für die ein Bauteil zugelassen wurde.

Windchill unterstützt Teams bei der Verwaltung der freigegebenen Produktdefinition und nachfolgender Änderungen durch Produktdaten-, Konfigurations- und Change Management. Seine Funktionen zum Fertigungsprozessmanagement verknüpfen Konstruktions- und Fertigungsinformationen und helfen den Teams dabei, Änderungen nachzuverfolgen, während sich Konstruktionen und Prozesspläne weiterentwickeln.

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Die Qualifizierung und Abnahme hängen weiterhin von den geltenden Anforderungen in den Bereichen Konstruktion, Material, Prozess und Prüfung ab.

Beginnen Sie mit einem Bereich, für den es einen klaren Business Case gibt

Beginnen Sie mit einem dokumentierten Problem, beispielsweise einem Ersatzteil, das wiederholt die Wartung verzögert oder nicht mehr vom Originalhersteller erhältlich ist. Bewerten Sie, wie das Problem den Betrieb betrifft, wie hoch die erwartete Nachfrage nach dem Teil ist und inwieweit es technisch für die additive Fertigung geeignet ist.

Ermitteln Sie die aktuelle Vorlaufzeit und die Gesamtlieferkosten. Vergleichen Sie diese mit einer additiven Alternative, die Material- und Prozessanforderungen, den Qualifizierungsaufwand, die Nachbearbeitung und die Prüfung berücksichtigt. Stellen Sie fest, welche Plattformkonfigurationen das fertige Teil unterstützen würde.

Vernetzen Sie den Entwurf, den Fertigungsplan und die zugehörigen Unterlagen, damit die Teams Änderungen gemeinsam prüfen können. Messen Sie, ob das freigegebene Teil früher eintraf und ob seine Verfügbarkeit dazu beigetragen hat, Verzögerungen bei der Wartung zu reduzieren oder Geräte schneller wieder in Betrieb zu nehmen.

Bewerten Sie neben diesen Ergebnissen auch die Gesamtlieferkosten und die Qualität bei der Wiederfertigung.

Nutzen Sie diese Ergebnisse, um zu entscheiden, in welchen Bereichen Sie expandieren möchten.

Designentscheidungen mit der Verfügbarkeit von Bauteilen verknüpfen

Für Wartungsteams in der Luft-, Raumfahrt und der Verteidigungsindustrie kann die additive Fertigung einen alternativen Weg zur Beschaffung geeigneter Ersatzteile bieten, wenn die herkömmliche Versorgung eingeschränkt ist. Um die Einsatzbereitschaft zu verbessern, müssen die Teams stets zugelassene Teile bereitstellen, wenn diese für die Wartung benötigt werden.

Creo unterstützt Ingenieure bei der Konstruktion für das jeweilige additive Fertigungsverfahren. Windchill hilft den Teams bei der Verwaltung der Produktdefinition, der Konfigurationen, der Änderungen und der Fertigungsinformationen, die für eine kontrollierte Produktion erforderlich sind. Zusammen helfen diese Funktionen den Teams dabei, die Konstruktions- und Produktinformationen zu verwalten, die notwendig sind, um geeignete additiv gefertigte Teile von der Konstruktion in die Produktion zu überführen.