DE102014116933A1 - Verfahren zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing. In einem Schritt (S1) des Verfahrens wird eine schalenartige Strukturkomponente (5), die ein erstes Material umfasst, bereitgestellt. In einem weiteren Schritt (S2) wird ein Loch (3) in der schalenartigen Strukturkomponente (5) vorgesehen. In einem weiteren Schritt (S3) des Verfahrens wird ein zweites Material auf eine erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) durch Additive Layer Manufacturing aufgebracht, so dass ein erster lang gestreckter Vorsprung (1) oder ein kreisförmiger Vorsprung (9) auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) erzeugt wird, um einen ersten Rissstopper auszubilden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing hergestellt wurde, und die Verwendung einer Luftfahrzeugkomponente als Strukturkomponente in einem Luftfahrzeug.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein einen Herstellungsprozess für eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing, eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing hergestellt wurde, und die Verwendung einer solchen Luftfahrzeugkomponente als Strukturkomponente in einem Luftfahrzeug.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In vielen Fällen erfordert die Herstellung von Luftfahrzeugkomponenten oder Raumfahrzeugkomponenten die Anwendung subtraktiver Prozesse, wie zum Beispiel Fräsen, Schneiden, Spanen, Bohren usw. Diese subtraktiven Prozesse können auf dem Prinzip beruhen, dass ein gewisser Teil des Materials von der Komponente entfernt wird, um die Konturen oder die Form der Komponente zu verändern, welche in einem späteren Schritt montiert werden kann. Derartige subtraktive Prozesse können einen hohen Materialverbrauch zur Folge haben, insbesondere wenn die Geometrie der Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, welche hergestellt werden soll, komplex ist. Subtraktive Prozesse können jedoch in ihrer Anwendung eingeschränkt sein, da Material von der Komponente entfernt wird. Zum Beispiel können Dellen oder Kratzer auf den Oberflächen der Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente nur repariert werden, indem eine bestimmte Menge an Material von der Oberfläche entfernt wird.
  • US 6,712,315 B2 beschreibt eine metallische Strukturkomponente für ein Luftfahrzeug mit Widerstand gegen Rissausbreitung. Die metallische Strukturkomponente weist versteifende Profilelemente mit einem ersten und zweiten Teil auf, welche verbunden sind, um eine innere Grenzfläche zu bilden. Die innere Grenzfläche ist dazu ausgebildet, einer weiteren Rissausbreitung eines gebildeten Risses Widerstand entgegenzusetzen.
  • US 6,595,467 B2 beschreibt eine Komponente einer Rumpfhülle eines Luftfahrzeugs mit Widerstand gegen Rissausbreitung. Ein Versteifungselement wird mit einer Stegdoppelplatte oder einem Zuggurt verstärkt, welche aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Herstellungsverfahren für Strukturkomponenten eines Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere beispielhafte Ausführungsformen sind aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung ersichtlich.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing (ALM, additiver Schichtaufbau) bereitgestellt. In einem Schritt des Verfahrens wird eine schalenartige Strukturkomponente, die ein erstes Material umfasst, bereitgestellt. In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird ein Loch in der schalenartigen Strukturkomponente vorgesehen. In einem weiteren Schritt wird ein zweites Material auf eine erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente durch Additive Layer Manufacturing aufgebracht, so dass ein erster lang gestreckter Vorsprung oder kreisförmiger Vorsprung auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente erzeugt wird, um einen ersten Rissstopper auszubilden.
  • Die Anwendung von Additive Layer Manufacturing, um einen Rissstopper auszubilden, welcher in eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente integriert ist, bietet die Möglichkeit, innere Spannungen innerhalb der Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente hervorzurufen, so dass eine Rissbildung innerhalb der Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente verlangsamt oder sogar verhindert wird. Außerdem kann Material eingespart werden, da subtraktive Prozesse wie Fräsen, Schneiden und Spanen vermieden werden können. Ferner ist es möglich, Material auf eine Fläche einer Komponente aufzubringen, so dass in Bereichen, wo das Material auf die Fläche aufgebracht worden ist, innere Spannungen präzise in die Komponente integriert werden können. Anders ausgedrückt, die inneren Spannungen in Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponenten können durch Anwendung von Additive Layer Manufacturing beeinflusst werden, wobei die inneren Spannungen von der Anordnung des aufgebrachten Materials auf der Fläche der jeweiligen Komponente abhängig sein können. Die Erzeugung innerer Spannungen innerhalb der Komponenten kann auch von den Materialeigenschaften abhängig sein, falls zum Beispiel während des Additive Layer Manufacturing Prozesses unterschiedliche Materialien verwendet werden.
  • Die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente kann eine primäre Struktur eines Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs sein. Zum Beispiel ist die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente ein Teil einer Außenhaut des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs. Daher kann die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente eine schalenartige Struktur oder Platte sein. Die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente kann jedoch auch ein Teil eines Gerüsts des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs sein, wie etwa eine Versteifungseinheit eines Rumpfes des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs. Zum Beispiel kann die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente ein Stringer (Längsversteifung), eine Rippe oder eine Bodenplatte des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs sein. Die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente kann jedoch eine schalenartige Strukturkomponente umfassen. Die schalenartige Strukturkomponente kann aus einem ersten Material hergestellt sein, welches zum Beispiel ein metallisches oder nichtmetallisches Material ist. Die schalenartige Strukturkomponente kann auch ein Verbundwerkstoff sein, wie zum Beispiel ein kohlenstofffaserverstärktes Material. Ferner ist in der schalenartigen Strukturkomponente ein Loch vorgesehen. Das Loch kann ein Durchgangsloch sein, welches zum Beispiel in die schalenartige Strukturkomponente gebohrt ist. Das Loch kann ein gebohrtes Loch sein, welches senkrecht zu der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente angeordnet ist. Da die schalenartige Strukturkomponente sowie die Vorsprünge auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente durch Additive Layer Manufacturing hergestellt sein können, kann das Loch auch durch einen dreidimensionalen Druckprozess vorgesehen werden, bei welchem verschiedene Materialschichten nacheinander aufgebracht werden, so dass die schalenartige Strukturkomponente ausgebildet wird. Anders ausgedrückt, die Anwendung von Additive Layer Manufacturing schafft die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erzeugen, und daher auch schalenartige Strukturkomponenten, welche Löcher und/oder Vorsprünge umfassen. Die schalenartige Strukturkomponente kann ein Teil einer Außenhaut des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs sein. Daher kann die schalenartige Strukturkomponente eine gekrümmte Fläche umfassen.
  • Der erste lang gestreckte oder kreisförmige Vorsprung kann in Bezug auf die schalenartige Strukturkomponente in der Nähe eines Bereiches oder in einem Bereich angeordnet sein, wo das Loch angeordnet ist. Zum Beispiel kann sich der erste lang gestreckte Vorsprung in direktem Kontakt mit dem Loch befinden, so dass der erste lang gestreckte Vorsprung eine seitliche Fläche des Lochs tangential fortsetzen kann. Da das zweite Material des Vorsprungs von dem ersten Material der schalenartigen Strukturkomponente verschieden ist, können innere Spannungen innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente erzeugt werden, nachdem der Vorsprung auf die schalenartige Strukturkomponente aufgebracht worden ist. Zum Beispiel können die inneren Spannungen auftreten, wenn der Additive Layer Manufacturing Prozess beendet wird, oder wenn die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, welche sowohl die schalenartige Strukturkomponente als auch den Vorsprung umfasst, auf Umgebungstemperatur oder andere Temperaturbedingungen abgekühlt wird. Bei der Aufbringung des zweiten Materials und somit des Vorsprungs auf die schalenartige Strukturkomponente kann das zweite Material ein Pulver sein, welches der schalenartigen Strukturkomponente von einer Pulverzuführeinheit zugeführt wird. Dieses Pulver kann ein metallisches oder nichtmetallisches Pulver sein, welches, wenn es auf die schalenartige Strukturkomponente aufgebracht wird, erwärmt und/oder geschmolzen wird. Der Vorgang des Aufbringens des zweiten Materials auf die schalenartige Strukturkomponente kann auch als Druckprozess bezeichnet werden. Durch Schmelzen des zweiten Materials und eines Teils oder eines Bereichs der schalenartigen Strukturkomponente, welcher das erste Material umfasst, kann eine Verbindung oder Kontinuität zwischen sowohl dem ersten Material der schalenartigen Strukturkomponente als auch dem zweiten Material des Vorsprungs erreicht werden. Zum Beispiel wird das zweite Material mit einem gewissen Bereich der schalenartigen Strukturkomponente vermischt und/oder stoffschlüssig verbunden, so dass der Vorsprung einen untrennbaren Bestandteil der schalenartigen Strukturkomponente bildet. Zum Erwärmen oder Schmelzen des zweiten Materials und/oder des ersten Materials in dem Bereich der schalenartigen Strukturkomponente, wo der Vorsprung angeordnet werden soll, können verschiedene Verfahren angewendet werden, wie etwa selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM). Die Erwärmung des zweiten Materials des Vorsprungs und des ersten Materials der schalenartigen Strukturkomponente kann durch einen Laserstrahl erreicht werden. Die Erwärmung des zweiten Materials durch den Laserstrahl kann durchgeführt werden, während das zweite Material auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sowohl das zweite Material, welches später den Vorsprung bildet, als auch das erste Material, welches von der schalenartigen Strukturkomponente umfasst wird, in dem Bereich geschmolzen werden können, wo der Vorsprung auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente angeordnet werden soll. Somit kann der Vorsprung mit der Fläche der schalenartigen Strukturkomponente stoffschlüssig verbunden werden, so dass eine Kontinuität zwischen dem Vorsprung, z. B. dem zweiten Material, und der schalenartigen Strukturkomponente, z. B. dem ersten Material, gewährleistet wird.
  • In einem weiteren Schritt werden das geschmolzene zweite Material und das geschmolzene erste Material abgekühlt, zum Beispiel auf Umgebungsbedingungen, so dass der geschmolzene Teil der schalenartigen Strukturkomponente sowie das zweite Material verfestigt werden können. Nach der Verfestigung wird eine innere Spannung innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente erzeugt. Die innere Spannung kann auf dem Prinzip beruhen, dass unterschiedliche Temperaturen während des Additive Layer Manufacturing Prozesses verwendet werden, oder auf der Tatsache, dass das erste Material von dem zweiten Material verschieden ist, z. B. das erste Material einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das zweite Material aufweist. Die inneren Spannungen, die nach der Verfestigung erzeugt werden, können auf die Bereiche begrenzt sein, wo das zweite Material und folglich der Vorsprung auf die schalenartige Strukturkomponente aufgebracht worden sind. Die inneren Spannungen gewährleisten eine verbesserte mechanische Robustheit oder Widerstandsfähigkeit der Bereiche innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente, auf die das zweite Material aufgebracht wurde. Zum Beispiel können Bereiche der schalenartigen Strukturkomponente, welche sich in der Nähe des Loches befinden oder dieses umgeben, in ihrer mechanischen Robustheit oder Widerstandsfähigkeit verbessert werden. Es ist möglich, dass das erste und das zweite Material identisch sind. Die Verwendung identischer Materialien für das erste Material und das zweite Material kann ebenfalls eine Erzeugung innerer Spannungen innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente zur Folge haben, zum Beispiel durch Aufbringen des zweiten Materials auf bestimmte Orte auf der Fläche der schalenartigen Strukturkomponente, welche das erste Material umfasst. Die erzeugten inneren Spannungen können dann von der Form oder Anordnung der Vorsprünge, z. B. des zweiten Materials, auf der Fläche der schalenartigen Strukturkomponente abhängig sein.
  • Die schalenartige Strukturkomponente kann eine Platte mit einer gekrümmten Fläche sein, oder eine gerade Platte ohne Krümmung. Die schalenartige Strukturkomponente kann jedoch auch ein dreidimensionaler fester Körper sein, welcher verschiedene Materialien umfasst. Die schalenartige Strukturkomponente kann aus metallischen oder nichtmetallischen Materialien hergestellt sein. Die schalenartige Strukturkomponente kann ein Teil einer großen Strukturkomponente des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs sein. Zum Beispiel ist die schalenartige Strukturkomponente eine Seitenwandplatte oder ein Teil der Außenhaut des Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs, welches eine gekrümmte oder ebene Fläche umfasst.
  • Allgemein ist die schalenartige Strukturkomponente ein dreidimensionales Strukturelement mit einer, im Vergleich zu anderen Abmessungen der schalenartigen Strukturkomponente, geringen Dicke.
  • Der Vorsprung kann eine lang gestreckte Form oder eine kreisförmige Form aufweisen. Zum Beispiel kann der lang gestreckte Vorsprung eine kubische Form aufweisen, und der kreisförmige Vorsprung kann eine ringförmige Form aufweisen. Der lang gestreckte Vorsprung kann jedoch tangential zu der seitlichen Fläche des Loches der schalenartigen Strukturkomponente angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Material auf das erste Material der schalenartigen Strukturkomponente durch Additive Layer Manufacturing aufgebracht, so dass ein zweiter lang gestreckter Vorsprung auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente erzeugt wird, um einen zweiten Rissstopper auszubilden.
  • Somit kann eine stärkere Risse stoppende Wirkung erzielt werden, indem der erste lang gestreckte Vorsprung und der zweite lang gestreckte Vorsprung auf geeignete Weise auf der schalenartigen Strukturkomponente angeordnet werden. Der erste lang gestreckte Vorsprung und der zweite lang gestreckte Vorsprung können gleichzeitig oder nacheinander auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht werden. Sowohl der erste lang gestreckte Vorsprung als auch der zweite lang gestreckte Vorsprung können direkt mit dem Loch verbunden oder direkt an ihm angeordnet sein, so dass Risse, welche an dem Loch initiiert werden und daher an dem Loch beginnen, wirksam gestoppt werden können, was eine Verlangsamung oder Verhinderung der Rissausbreitung zur Folge hat.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der zweite lang gestreckte Vorsprung im Wesentlichen parallel zu dem ersten lang gestreckten Vorsprung auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente angeordnet, derart, dass das Loch zwischen dem ersten lang gestreckten Vorsprung und dem zweiten lang gestreckte Vorsprung angeordnet ist.
  • Die lang gestreckten Vorsprünge können so angeordnet sein, dass eine Längsrichtung der lang gestreckten Vorsprünge im Wesentlichen parallel zu einer Hauptbelastungsrichtung der schalenartigen Strukturkomponente und/oder des Loches ist. Auf diese Weise kann eine Rissausbreitung wirksam gestoppt werden. Der erste lang gestreckte Vorsprung und der zweite lang gestreckte Vorsprung können tangential an dem Loch, z. B. an einer seitlichen Fläche des Loches, angeordnet sein, doch es kann auch ein Abstand zwischen den Vorsprüngen und dem Loch in einer seitlichen Richtung der schalenartigen Strukturkomponente vorhanden sein. Hierbei kann die seitliche Richtung parallel oder tangential zu der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente verlaufen. Die seitliche Richtung kann auch im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des ersten und des zweiten lang gestreckten Vorsprungs verlaufen. Somit kann das Loch in Bezug auf die seitliche Richtung zwischen dem ersten lang gestreckten Vorsprung und dem zweiten lang gestreckte Vorsprung angeordnet sein.
  • Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Loch von dem kreisförmigen Vorsprung umgeben, derart, dass ein Mittelpunkt des Lochs mit einem Mittelpunkt des kreisförmigen Vorsprungs zusammenfällt.
  • Das Vorsehen eines kreisförmigen Vorsprungs verlangsamt eine an dem Loch beginnende Rissausbreitung in jeder Richtung um das Loch herum innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente, oder stoppt sie sogar. Da der kreisförmige Vorsprung ringähnlich geformt sein kann, kann eine Umschließung des Lochs erreicht werden. Es ist anzumerken, dass der kreisförmige Vorsprung das Loch auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente umgibt.
  • Der Mittelpunkt des Lochs kann auf einer Symmetrieachse des Lochs angeordnet sein. Den kreisförmigen Vorsprung kann man sich als eine lokale Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente in einem Bereich des Lochs oder um dieses herum vorstellen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Länge des ersten oder zweiten lang gestreckten Vorsprungs wenigstens dreimal so groß wie eine Breite des ersten oder zweiten lang gestreckten Vorsprungs.
  • Zum Beispiel ist die Länge des ersten lang gestreckten Vorsprungs und des zweiten lang gestreckten Vorsprungs größer als ein Durchmesser des Lochs. Hierbei wird die Länge entlang der Längsrichtung der lang gestreckten Vorsprünge gemessen. Die lang gestreckten Vorsprünge können wenigstens zweimal so lang wie der Durchmesser des Lochs sein. Ferner können die lang gestreckten Vorsprünge in der Längsrichtung in ihrer Höhe variieren. Die Höhe kann in einer zur Längsrichtung und zur seitlichen Richtung der lang gestreckten Vorsprünge senkrechten Richtung gemessen werden. Daher kann die Höhe in einer zur ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente senkrechten Richtung gemessen werden. Das Variieren der Höhe, bis zu der die lang gestreckten Vorsprünge auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente vorstehen, bietet die Möglichkeit, an unterschiedlichen Orten der lang gestreckten Vorsprünge unterschiedliche innere Spannungen hervorzurufen. Auf diese Weise können die rissstoppenden Eigenschaften an unterschiedlichen Orten der schalenartigen Strukturkomponente beeinflusst werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Übergangsbereich zwischen der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente und dem ersten lang gestreckten oder kreisförmigen Vorsprung durch eine Baud-Kurve repräsentiert.
  • Anders ausgedrückt, der Übergangsbereich ist dafür ausgebildet, einen Übergang von der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente zu dem ersten lang gestreckten oder kreisförmigen Vorsprung zu gewährleisten. Daher kann der Übergangsbereich, auf eine Draufsicht auf den Vorsprung und/oder die schalenartige Strukturkomponente bezogen, an seitlichen Enden der Vorsprünge angeordnet sein. Eine Baud-Kurve ist eine Ausrundung, welche von einer Kontur repräsentiert wird, die von einer idealen reibungslosen Flüssigkeit gebildet wird, welche unter Schwerkraftwirkung aus einer kreisförmigen Öffnung im Boden eines Behälters fließt.
  • Der erste lang gestreckte Vorsprung und/oder der zweite lang gestreckte Vorsprung und/oder der kreisförmige Vorsprung können in ihrer Form optimiert werden. Zum Beispiel können die lang gestreckten Vorsprünge Radien an ihren Längsenden umfassen. Hierbei können die Radien an den Längsenden der lang gestreckten Vorsprünge Übergangsflächen zwischen der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente und den Vorsprüngen bereitstellen, derart, dass ein sanfter Übergang von der ersten Fläche zu dem Vorsprung gewährleistet werden kann. Auf diese Weise können Kerbspannungen oder Spannungsspitzen vermieden werden. Daher kann ein Längsende eines lang gestreckten Vorsprungs mehrere Radien umfassen, derart, dass der Übergang zwischen dem Vorsprung und der ersten Fläche einer Baud-Kurve folgt. Somit kann die Ausrundung von der Form einer Baud-Kurve gewährleistet werden. Dieser Aspekt wird in der ausführlichen Beschreibung der Zeichnungen noch eingehender beschrieben.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Material, das zur Erzeugung des ersten lang gestreckten oder kreisförmigen Vorsprungs verwendet wird, ein faserverstärktes Material.
  • Auf diese Weise können integrierte Fasern als ein Rissstopper wirken. Daher können die Fasern in eine Matrixstruktur integriert werden, welche von den lang gestreckten Vorsprüngen umfasst wird. Die Fasern innerhalb der lang gestreckten Vorsprünge können im Wesentlichen parallel und/oder im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der lang gestreckten Vorsprünge angeordnet sein. Die Fasern sowie die Matrixstruktur können durch Additive Layer Manufacturing gedruckt werden. Anders ausgedrückt, das Verfahren bietet die Möglichkeit, ein Material in einer faserigen Form unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing aufzubringen. Die Fasern können auf dieselbe Weise aufgebracht werden wie die Matrixstruktur, in welche die Fasern eingebettet sind.
  • Durch die Verwendung von faserverstärktem Material für die lang gestreckten Vorsprünge wird ein Öffnen eines initiierten Risses oder allgemein eine Rissausbreitung wirksam vermieden. Außerdem können die gedruckten oder aufgebrachten Fasern eine individuelle Querschnittsfläche aufweisen. Dies bedeutet, dass bei Anwendung von Additive Layer Manufacturing der Durchmesser der Fasern an die mechanischen Anforderungen der Rissstoppelemente, z. B. der lang gestreckten oder kreisförmigen Vorsprünge, angepasst werden kann. Falls ein kreisförmiger Vorsprung auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht wird, können die Fasern in einer Umfangsrichtung aufgebracht werden, so dass die Fasern das Loch umgeben. Die Fasern können jedoch so aufgebracht oder gedruckt werden, dass sie in die Matrixstruktur eingebettet sind, wobei die Matrixstruktur zusammen mit den Fasern die Vorsprünge bereitstellt.
  • Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Material auf eine zweite Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht, so dass ein dritter lang gestreckter oder zweiter kreisförmiger Vorsprung auf der Fläche der schalenartigen Strukturkomponente erzeugt wird. Hierbei sind die erste Fläche und die zweite Fläche in Bezug auf die schalenartige Strukturkomponente gegenüberliegend angeordnet.
  • Anders ausgedrückt, beide Seiten der schalenartigen Strukturkomponente, welche zum Beispiel eine Platte oder ein gekrümmter Körper mit einer geringen Dicke ist, können mit Rissstoppern versehen sein. Somit wird eine Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente in den Bereichen ausgebildet, wo die Vorsprünge auf die schalenartige Strukturkomponente aufgebracht werden. Durch Aufbringen des zweiten Materials auf beide Flächen der schalenartigen Strukturkomponente kann eine wirksamere Erzeugung innerer Spannungen innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente erzielt werden, was eine verbesserte rissstoppende Wirkung zur Folge hat. Zum Beispiel können der erste lang gestreckte Vorsprung und der zweite lang gestreckte Vorsprung derart auf die erste Fläche aufgebracht werden, dass sie parallel zueinander angeordnet sind, wobei das Loch zwischen dem ersten lang gestreckten und dem zweiten lang gestreckten Vorsprung angeordnet ist. Analog dazu können der dritte lang gestreckte Vorsprung und ein vierter lang gestreckter Vorsprung auf die zweite Fläche aufgebracht werden, derart, dass sie parallel zueinander angeordnet sind, und derart, dass das Loch zwischen dem dritten und dem vierten lang gestreckten Vorsprung angeordnet ist. Der erste, der zweite, der dritte und der vierte lang gestreckte Vorsprung können parallel zueinander angeordnet sein.
  • Wenn ein kreisförmiger Vorsprung auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht wird, ist es auch möglich, lang gestreckte Vorsprünge auf die zweite Fläche derselben schalenartigen Strukturkomponente aufzubringen, und umgekehrt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente bereitgestellt, die unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing hergestellt wurde. Die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente umfasst eine schalenartige Strukturkomponente mit einem Loch, welches zum Beispiel ein gebohrtes Loch sein kann oder welches durch Additive Layer Manufacturing erzeugt worden sein kann. Die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente umfasst ferner einen ersten lang gestreckten oder einen kreisförmigen Vorsprung, welcher sich auf einer ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente erstreckt, derart, dass der erste lang gestreckte oder der kreisförmige Vorsprung zusammen mit der schalenartigen Strukturkomponente einen Rissstopper bereitstellt. Der erste lang gestreckte Vorsprung oder der kreisförmige Vorsprung kann mit der schalenartigen Strukturkomponente stoffschlüssig verbunden sein, nachdem der erste lang gestreckte oder kreisförmige Vorsprung während des Additive Layer Manufacturing Prozesses auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht wurde. Die schalenartige Strukturkomponente umfasst ein erstes Material, und der erste lang gestreckte oder kreisförmige Vorsprung umfasst ein zweites Material. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der schalenartigen Strukturkomponente und dem lang gestreckten oder kreisförmigen Vorsprung kann durch Erwärmen oder Schmelzen wenigstens eines Teils der schalenartigen Strukturkomponente und daher des ersten Materials sowie des zweiten Materials während des Additive Layer Manufacturing Prozesses erreicht werden. Das Erwärmen oder Schmelzen kann durch einen Laserstrahl erreicht werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente als eine Strukturkomponente in einem Luftfahrzeug bereitgestellt. Die Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente kann mittels des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing hergestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A zeigt ein Rissstoppelement auf einer schalenartigen Strukturkomponente, welches zwei lang gestreckte Vorsprünge umfasst, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 1B zeigt ein Rissstoppelement auf einer schalenartigen Strukturkomponente, welches zwei lang gestreckte Vorsprünge umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 1C zeigt ein Rissstoppelement auf einer schalenartigen Strukturkomponente, welches zwei lang gestreckte Vorsprünge umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht lang gestreckter Vorsprünge auf zwei verschiedenen Seiten einer schalenartigen Strukturkomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 3A zeigt ein Rissstoppelement auf einer schalenartigen Strukturkomponente, welches einen kreisförmigen Vorsprung umfasst, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 3B zeigt ein Rissstoppelement auf einer schalenartigen Strukturkomponente, welches einen kreisförmigen Vorsprung umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 3C zeigt ein Rissstoppelement auf einer schalenartigen Strukturkomponente, welches einen kreisförmigen Vorsprung umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 4A zeigt eine Rissausbreitung innerhalb eines faserverstärkten Materials eines Vorsprungs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 4B zeigt einen Riss innerhalb eines faserverstärkten Materials eines Vorsprungs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A zeigt ein Rissstoppelement 10, das mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und zwei Rissstopper umfasst, wobei die zwei Rissstopper durch einen ersten lang gestreckten Vorsprung 1 und einen zweiten lang gestreckten Vorsprung 2 auf einer ersten Fläche einer schalenartigen Strukturkomponente 5 repräsentiert werden. Allgemein kann ein Rissstoppelement 10 mehrere Rissstopper und/oder verschiedene Anordnungen von Rissstoppern umfassen. Der erste lang gestreckte Vorsprung 1 und der zweite lang gestreckte Vorsprung 2 können im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung 4a der lang gestreckten Vorsprünge 1, 2 angeordnet sein. Die lang gestreckten Vorsprünge 1, 2 sind parallel zueinander angeordnet, derart, dass ein Loch 3 zwischen den parallelen lang gestreckten Vorsprüngen 1, 2 angeordnet ist. Die Belastungsrichtung ist durch Pfeile 4b angegeben, wobei diese Belastungsrichtung die Richtung angibt, in welcher eine Kraft auf das Loch 3 einwirkt, wenn die schalenartige Strukturkomponente 5 mittels des Lochs 3 mit anderen Komponenten zusammengebaut ist. Die Rissinitiierung, welche an dem Loch 3 erfolgen kann, kann wirksam vermieden werden, indem die lang gestreckten Vorsprünge 1, 2 auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 aufgebracht werden und somit innere Spannungen innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente 5 hervorgerufen werden. Die lang gestreckten Vorsprünge 1, 2 können direkt an dem Loch angeordnet sein, so dass sowohl der erste lang gestreckte Vorsprung 1 als auch der zweite lang gestreckte Vorsprung 2 tangential bezüglich der seitlichen Fläche des Lochs 3 angeordnet sind. Das Loch 3, welches ein Durchgangsloch sein kann, das sich durch die schalenartige Strukturkomponente 5 hindurch erstreckt, kann dafür ausgelegt sein, einen Niet, einen Bolzen oder eine Schraube zum Anbringen oder Befestigen einer anderen Komponente an der schalenartigen Strukturkomponente 5 aufzunehmen, um eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente zu bilden.
  • 1B zeigt ein Rissstoppelement 10, das mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und zwei Rissstopper umfasst, welche durch einen ersten lang gestreckten Vorsprung 1 und einen zweiten lang gestreckten Vorsprung 2 repräsentiert werden. Auch hier geben die Pfeile 4b die Belastungsrichtung der schalenartigen Strukturkomponente 5 in einem zusammengebauten Zustand der schalenartigen Strukturkomponente 5 an, in welchem die schalenartige Strukturkomponente 5 an einer anderen Komponente angebracht oder befestigt ist, um eine Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente zu bilden. Im Gegensatz zu dem in 1A dargestellten Rissstoppelement umfasst das in 1B dargestellte Rissstoppelement zwei lang gestreckte Vorsprünge 1, 2, welche nicht direkt an dem Loch 3 angeordnet sind. Zum Beispiel ist ein Abstand 7 zwischen der seitlichen Fläche des Lochs 3 und den lang gestreckten Vorsprüngen 1, 2 vorhanden. Die lang gestreckten Vorsprünge 1, 2 sind parallel zueinander angeordnet und im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung 4a. Der Abstand 7 zwischen der seitlichen Fläche des Lochs 3 und dem ersten lang gestreckten Vorsprung 1 kann in einer seitlichen Richtung 4c gemessen werden. Der Abstand 7 zwischen der seitlichen Fläche des Lochs 3 und dem zweiten lang gestreckten Vorsprung 2 kann derselbe sein wie zwischen der seitlichen Fläche des Lochs 3 und dem ersten lang gestreckten Vorsprung 1.
  • 1C zeigt ein anderes Beispiel eines Rissstoppelements 10, das mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und zwei lang gestreckte Vorsprünge 2 umfasst. Hierbei können sowohl der erste lang gestreckte Vorsprung 1 als auch der zweite lang gestreckte Vorsprung 2 in ihrer Höhe variieren. Anders ausgedrückt, die lang gestreckten Vorsprünge können an unterschiedlichen Orten in Bezug auf die Längsrichtung 4a eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Auf diese Weise können die inneren Spannungen, die innerhalb der schalenartigen Strukturkomponente 5 erzeugt werden, an unterschiedlichen Orten an den lang gestreckten Vorsprüngen 1, 2 in Bezug auf die Längsrichtung 4a unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann der zweite lang gestreckte Vorsprung 2 zwei verschiedene Höhen in Bezug auf eine vertikale Richtung 4d, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung 4a und/oder der seitlichen Richtung 4c ist, aufweisen. Die vertikale Richtung 4d kann parallel zu der seitlichen Fläche des Lochs 3 sein. Die Höhe der Vorsprünge 1, 2 wird in Bezug auf die vertikale Richtung 4d gemessen. Der zweite lang gestreckte Vorsprung 2 kann eine erste Höhe 2a an einem Ort in der Nähe des Lochs aufweisen. Ferner kann der zweite lang gestreckte Vorsprung 2 eine zweite Höhe 2b in zwei verschiedenen Bereichen des lang gestreckten Vorsprungs 2 aufweisen, welche mit dem Bereich mit der ersten Höhe 2a durch Übergangsbereiche 6 verbunden sind. Der Bereich mit der ersten Höhe 2a kann niedriger als die Bereiche mit der zweiten Höhe 2b sein. Außerdem kann der Bereich mit der ersten Höhe 2a, in Bezug auf die Längsrichtung 4a, zwischen den Bereichen mit der zweiten Höhe 2b angeordnet sein. Die Übergangsbereiche 6 können durch Radien definiert oder repräsentiert sein.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht einer schalenartigen Strukturkomponente 5, die mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde, mit lang gestreckten Vorsprüngen 1, 2 auf beiden Seiten der schalenartigen Strukturkomponente 5. Zum Beispiel ist ein Vorsprung auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 angeordnet, und ein weiterer lang gestreckter Vorsprung 1, 2 ist auf der zweiten Seite der schalenartigen Strukturkomponente 5 angeordnet. Die gestrichelten Linien 8 geben die Grenzen an, z. B. die erste und zweite Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5, auf welche die lang gestreckten Vorsprünge 1, 2 aufgebracht werden. Der Übergangsbereich 6 zwischen den Flächen der schalenartigen Strukturkomponente 5 und den lang gestreckten Vorsprüngen 1, 2 kann durch eine Baud-Kurve repräsentiert oder dargestellt werden. In 2 ist die Baud-Kurve durch eine gekrümmte Linie angegeben. Diese Baud-Kurve kann ihrerseits durch die mehreren Radien definiert sein. Auf diese Weise können Kerbspannungen oder Spannungsspitzen vermieden werden, da keine Kanten oder Ecken zwischen der schalenartigen Strukturkomponente 5 und den lang gestreckten Vorsprüngen 1, 2 auftreten. Das zweite Material kann auf die Fläche der schalenartigen Strukturkomponente derart aufgebracht werden, dass die Baud-Kurve und daher die erforderlichen Radien gewährleistet werden können. Es ist anzumerken, dass der Abstand zwischen den gestrichelten Linien in 2 die Dicke der schalenartigen Strukturkomponente 5 repräsentiert. Neben der gekrümmten Linie, z. B. der Baud-Kurve, zeigt 2 auch einen Übergangsbereich 6 mit scharfen Kanten. Hierbei bildet eine Stufe den Übergang zwischen den Flächen der schalenartigen Strukturkomponente und den Vorsprüngen. Ein solcher gestufter Übergangsbereich 6 kann eine Alternative zu dem Übergangsbereich 6 sein, der die Baud-Kurve umfasst. Es kann jedoch möglich sein, an unterschiedlichen Stellen einen gestuften Übergang und einen gekrümmten Übergang zwischen den Flächen der schalenartigen Strukturkomponente und den Vorsprüngen vorzusehen. Somit gewährleistet die Anwendung von Additive Layer Manufacturing die Herstellung von Vorsprüngen mit sowohl einer gekrümmten als auch einer gestuften Form auf den Flächen der schalenartigen Strukturkomponente.
  • 3A zeigt ein Rissstoppelement 10, das mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde, mit einem kreisförmigen Vorsprung 9 auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5. Der kreisförmige Vorsprung 9 ist um das Loch 3 herum derart ausgebildet, dass der kreisförmige Vorsprung 9 das Loch 3 umgibt, welches zum Beispiel ein Bohrloch ist, oder ein Loch, welches durch den Additive Layer Manufacturing Prozess der schalenartigen Strukturkomponente 5 und des kreisförmigen Vorsprungs 9 hergestellt wurde. Der kreisförmige Vorsprung 9 kann auf der Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 derart angeordnet sein, dass die Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente 5 direkt an dem Loch 3 erzielt wird. Ferner kann ein Übergangsbereich 6 zwischen der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 und dem kreisförmigen Vorsprung 9 vorgesehen sein. Der Übergangsbereich 6 kann durch eine Baud-Kurve repräsentiert sein. Anders ausgedrückt, unterschiedliche Radien stellen den Übergangsbereich 6 an der Übergangsstelle von der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 zu dem kreisförmigen Vorsprung 9 bereit. 3A zeigt eine Schnittansicht der schalenartigen Strukturkomponente 5 und des kreisförmigen Vorsprungs 9, wobei der Schnitt durch den Mittelpunkt des Lochs 3 oder den Mittelpunkt des kreisförmigen Vorsprungs 9 verläuft. Ferner ist ein zweiter kreisförmiger Vorsprung 9b auf der zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 angeordnet. Der zweite kreisförmige Vorsprung 9b kann bezüglich der schalenartigen Strukturkomponente 5 symmetrisch zu dem ersten kreisförmigen Vorsprung 9 angeordnet sein. Auf diese Weise kann die effektive Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente 5 in dem Bereich um das Loch 3 herum oder in der Nähe desselben vergrößert werden.
  • 3B zeigt ein Rissstoppelement 10, das mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde. Insbesondere zeigt 3B auch eine Schnittansicht der schalenartigen Strukturkomponente 5, welche den ersten kreisförmigen Vorsprung 9 und den zweiten kreisförmigen Vorsprung 9b umfasst. Der Schnitt verläuft durch den Mittelpunkt des Lochs 3. Der kreisförmige Vorsprung 9, 9b ist auf der ersten Fläche bzw. auf der zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 derart angeordnet, dass die Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente 5 nicht direkt an dem Loch 3 ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente 5 in einem gewissen Abstand von dem Loch 3 beginnt, so dass eine Verdickung der schalenartigen Strukturkomponente 5 einen größeren Abstand von dem Loch 3 aufweist, als die in 3A dargestellte Verdickung der der schalenartigen Strukturkomponente 5. Ferner ist ein Übergangsbereich 6 an dem Übergang zwischen der schalenartigen Strukturkomponente 5 und dem kreisförmigen Vorsprung 9 dargestellt. Dieser Übergangsbereich 6 kann durch eine Baud-Kurve beschrieben sein. In 3B ist der kreisförmige Vorsprung 9 derart angeordnet, dass zwei Übergangsbereiche 6 den Übergang zwischen der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 und dem kreisförmigen Vorsprung 9 definieren. Der erste Übergangsbereich 6 ist, in Bezug auf den Mittelpunkt des Lochs 3, an einem inneren Radius des kreisförmigen Vorsprungs 9 angeordnet, und der zweite Übergangsbereich 6 ist, in Bezug auf den Mittelpunkt des Lochs 3, an einem äußeren Radius des kreisförmigen Vorsprungs 9 angeordnet. Der zweite kreisförmige Vorsprung 9b kann auf der anderen Seite der schalenartigen Strukturkomponente 5 angeordnet sein, z. B. auf der zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5. Dieser zweite kreisförmige Vorsprung 9b kann in Bezug auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 symmetrisch zu dem ersten kreisförmigen Vorsprung 9 angeordnet sein. Der Übergangsbereich 6 zwischen der zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 und dem zweiten kreisförmigen Vorsprung 9b kann auf dieselbe Weise ausgebildet oder angeordnet sein, wie der erste Vorsprung 9 auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5, z. B. gemäß einer Baud-Kurve.
  • 3C zeigt ein Rissstoppelement 10, das mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und einen ersten kreisförmigen Vorsprung 9 und den zweiten kreisförmigen Vorsprung 9b umfasst. Der Abstand zwischen den kreisförmigen Vorsprüngen und dem Mittelpunkt des Lochs 3 kann größer als in den in 3A und 3B dargestellten Beispielen sein. Somit können die Flächeninhalte der ersten und zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 zwischen den kreisförmigen Vorsprüngen und dem Loch 3 größer als diejenigen sein, die in 3A und 3B dargestellt sind. Der Übergangsbereich 6 kann zwischen der ersten und zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 und den jeweiligen kreisförmigen Vorsprüngen 9, 9b angeordnet sein. Anders als in 3A und 3B umfassen die kreisförmigen Vorsprünge 9, 9b scharfe Kanten auf ihrer maximalen Höhe über der ersten und zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5. Es kann jedoch auch ein glatter Übergangsbereich 6, z. B. Übergang zwischen der ersten und zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 und den Seitenwänden 13 der kreisförmigen Vorsprünge 9 und 9b, vorgesehen sein. Der Übergangsbereich 6 kann durch eine Baud-Kurve beschrieben sein.
  • 4A zeigt eine Schnittansicht eines Rissstoppers, der mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und ein faserverstärktes Material 20 umfasst. Folglich kann der Vorsprung das faserverstärkte Material 20 umfassen. Die Fasern 11 können innerhalb verschiedener Schichten des Vorsprungs in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein, so dass ein dreidimensionales, vernetztes Fasernetz erzeugt wird. In unterschiedlichen Schichten des Vorsprungs können die Fasern 11 senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Zum Beispiel ist in einer ersten Schicht des Vorsprungs, in welcher die Fasern 11 nebeneinander angeordnet sind, die Ausrichtung der Fasern 11 verschieden von der Ausrichtung der Fasern 11 in der zweiten Schicht, in welcher die Fasern 11 ebenfalls nebeneinander angeordnet sind. Zum Beispiel sind die Fasern 11 der ersten Schicht senkrecht zu den Fasern 11 der zweiten Schicht angeordnet. Die Fasern können durch Additive Layer Manufacturing aufgebracht werden. Anders ausgedrückt, die Fasern 11 können während des Additive Layer Manufacturing Prozesses derart gedruckt werden, dass die Fasern 11 in eine Matrix 11b eingebettet sind.
  • 4A zeigt außerdem einen Riss 12 auf einer Fläche des Vorsprungs. Der Riss 12 verläuft von der Oberfläche des Vorsprungs aus, bis die Fasern 11 erreicht werden, und danach verläuft der Riss 12 zurück zur Oberfläche des Vorsprungs. Somit verhindern die Fasern 11 wirksam, dass sich der Riss 12 über die erste Schicht der Fasern hinaus weiter öffnet, so dass die Rissausbreitung durch den gesamten Vorsprung hindurch vermieden werden kann. Die Rissausbreitung innerhalb des Vorsprungs kann wirksam vermieden werden, weil während des Additive Layer Manufacturing Prozesses innere Spannungen erzeugt werden. Dies wird erreicht, wenn unterschiedliche Materialien für die Fasern 11 und für die Matrix 11b aufgebracht werden. Die unterschiedlichen Materialien rufen innere Spannungen hervor, zum Beispiel während des Abkühlprozesses nach dem Additive Layer Manufacturing. Dies kann auf unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern 11 und der Matrix 12 zurückzuführen sein.
  • 4B zeigt eine andere Schnittansicht eines Rissstoppers, der mittels eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und ein faserverstärktes Material 20 umfasst, z. B. eines Vorsprungs, wobei der Vorsprung verschiedene Schichten von Fasern 11 umfasst, welche in eine Matrix 11b eingebettet sind. Ferner ist ein Riss 12 auf einer Oberfläche des Vorsprungs dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich der Riss 12 nicht über die erste Schicht von Fasern 11 hinaus erstreckt, da innere Spannungen, die durch die Anordnung der Fasern 11 innerhalb der Matrix 11b erzeugt werden, eine Rissausbreitung durch den Vorsprung hindurch wirksam verhindern.
  • Im Allgemeinen können die integrierten oder gedruckten Fasern Druck- oder Zugspannungen erzeugen, so dass eine Verbesserung der Ermüdungs- und Schadenstoleranz erzielt werden kann. Die mittels der Fasern hervorgerufenen Spannungen können darauf zurückzuführen sein, dass die Fasern und die Matrix unterschiedliche Elastizitätsmoduln aufweisen.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing. In einem Schritt S1 des Verfahrens wird eine schalenartige Strukturkomponente 5 bereitgestellt, die ein erstes Material umfasst. In einem weiteren Schritt S2 des Verfahrens wird ein Loch in der schalenartigen Strukturkomponente 5 vorgesehen. In noch einem weiteren Schritt S3 wird ein zweites Material durch Additive Layer Manufacturing auf eine erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente aufgebracht, so dass ein erster lang gestreckter Vorsprung 1 oder ein kreisförmiger Vorsprung 9 auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente 5 erzeugt wird, um einen ersten Rissstopper zu bilden.
  • Es ist anzumerken, dass verschiedene Schritte des Verfahrens gleichzeitig ausgeführt werden können. Ferner kann die Reihenfolge der Schritte variieren.
  • Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung ausführlich dargestellt und beschrieben wurde, sind diese Darstellung und Beschreibung als der Veranschaulichung dienend und beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Varianten der offenbarten Ausführungsformen sind für Fachleute, welche die beanspruchte Erfindung praktisch ausführen, anhand eines Studiums der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche ersichtlich und realisierbar. In den Ansprüchen schließt der Begriff ”umfassen” andere Elemente nicht aus, und der unbestimmte Artikel ”ein” oder ”eine” schließt die Mehrzahl nicht aus. Die Tatsache allein, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt werden, besagt nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft angewendet werden kann. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Schutzbereich der Erfindung einschränkend auszulegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6712315 B2 [0003]
    • US 6595467 B2 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die einen Rissstopper umfasst, unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer schalenartigen Strukturkomponente (5), die ein erstes Material umfasst (S1); Vorsehen eines Lochs (3) in der schalenartigen Strukturkomponente (S2); Aufbringen eines zweiten Materials auf eine erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) durch Additive Layer Manufacturing, so dass ein erster lang gestreckter Vorsprung (1) oder kreisförmiger Vorsprung (9) auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) erzeugt wird, um einen ersten Rissstopper auszubilden (S3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den folgenden Schritt umfasst: Aufbringen des zweiten Materials auf die erste Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) durch Additive Layer Manufacturing, so dass ein zweiter lang gestreckter Vorsprung (2) auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) erzeugt wird, um einen zweiten Rissstopper auszubilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite lang gestreckte Vorsprung (2) im Wesentlichen parallel zu dem ersten lang gestreckten Vorsprung (1) auf der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) angeordnet ist, derart, dass das Loch (3) zwischen dem ersten lang gestreckten Vorsprung (1) und dem zweiten lang gestreckte Vorsprung (2) angeordnet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Loch (3) von dem kreisförmigen Vorsprung (9) umgeben ist, derart, dass ein Mittelpunkt des Lochs (3) mit einem Mittelpunkt des kreisförmigen Vorsprungs (9) zusammenfällt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge des ersten oder zweiten lang gestreckten Vorsprungs (1, 2) wenigstens dreimal so groß wie eine Breite des ersten oder zweiten lang gestreckten Vorsprungs (1, 2) ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Übergangsbereich (6) zwischen der ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) und dem ersten lang gestreckten Vorsprung (1) oder kreisförmigen Vorsprung (9) durch eine Baud-Kurve repräsentiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Material, das zur Erzeugung des ersten lang gestreckten Vorsprungs (1) oder kreisförmigen Vorsprungs (9) verwendet wird, ein faserverstärktes Material (20) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner den folgenden Schritt umfasst: Aufbringen des zweiten Materials auf eine zweite Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5), so dass ein dritter lang gestreckter oder ein zweiter kreisförmiger Vorsprung (9b) auf der zweiten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) erzeugt wird; wobei die erste Fläche und die zweite Fläche in Bezug auf die schalenartige Strukturkomponente (5) gegenüberliegend angeordnet sind.
  9. Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente, die unter Anwendung von Additive Layer Manufacturing hergestellt wurde und umfasst: eine schalenartige Strukturkomponente (5) mit einem Loch (3); wobei sich ein erster lang gestreckter Vorsprung (1) oder ein kreisförmiger Vorsprung (9) auf einer ersten Fläche der schalenartigen Strukturkomponente (5) erstreckt, derart, dass der erste lang gestreckte Vorsprung (1) oder der kreisförmige Vorsprung (9) zusammen mit der schalenartigen Strukturkomponente (5) einen Rissstopper bereitstellt; und wobei die schalenartige Strukturkomponente (5) ein erstes Material umfasst und der erste lang gestreckte Vorsprung (1) oder ein kreisförmiger Vorsprung (9) ein zweites Material umfasst.
  10. Verwendung einer Luftfahrzeug- oder Raumfahrzeugkomponente nach Anspruch 9 als Strukturkomponente in einem Luftfahrzeug oder Raumfahrzeug.
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