Additive Fertigung für die Hyperschalltechnik

21. Mai 2026 | Lesezeit: 10 Min.

Früher war der Erfolg im Hyperschallbereich eine Frage der Physik, heute ist er jedoch eher eine Herausforderung der industriellen Fertigung. Da Verteidigungsprogramme die Entwicklung von Flugkörpern mit Geschwindigkeiten von über Mach 5 vorantreiben, hat sich der strategische Schwerpunkt auf die Serienfertigung kritischer, leichter und langlebiger Komponenten verlagert. Während die Manövrierfähigkeit und Reichweite von Hyperschallsystemen in modernen Einsatzgebieten einen entscheidenden Vorteil bieten, haben die extremen Bedingungen des Hochgeschwindigkeitsflugs einen Engpass in der Fertigung offenbart.

Herkömmliche Fertigungsmethoden können mit der geometrischen Komplexität und den rasanten Entwicklungszyklen, die diese Programme erfordern, zunehmend nicht mehr Schritt halten. Für Innovationen der nächsten Generation im Verteidigungsbereich sind additive Fertigungsverfahren für Metalle (AM) und insbesondere die Laser-Pulverbettfusion (LPBF) mittlerweile unverzichtbar geworden. AM und LPBF sind die Schlüsseltechnologien, die erforderlich sind, um die Fertigungslücke zu schließen und den Weg von Konzepten auf dem Reißbrett hin zu flugtauglicher Hardware zu ebnen.

Technische Herausforderungen des Hyperschallflugs

Der Hyperschallflug stellt eine der anspruchsvollsten Herausforderungen in der Luft- und Raumfahrttechnik dar. Flugzeugzellen und Antriebssysteme müssen extremen thermischen Belastungen standhalten, wobei die Stagnationstemperaturen häufig 2.000 °C übersteigen. Jenseits der „Hitzeschranke“ müssen die Bauteile ihre strukturelle Integrität unter intensiven aerodynamischen und drucktechnischen Belastungen bewahren, einschließlich Stoßwellen, die herkömmliche Baugruppen beeinträchtigen können.

Hochleistungsfähige Hyperschallsysteme erfordern mathematisch optimierte Geometrien, darunter komplexe interne Kühlkanäle und leichte Gitterstrukturen. Die Herstellung solcher Komponenten, die den Betriebsbedingungen im Hyperschallbereich standhalten, ist mit herkömmlichen Werkzeugen schlichtweg unmöglich. Darüber hinaus erfordert die geopolitische Dringlichkeit dieser Programme einen „Entwerfen-Testen-Iterieren“-Zyklus, der weitaus schneller abläuft, als es herkömmliche Arbeitsabläufe zulassen.

Auf die Frage nach den Schwachstellen, die bei herkömmlichen Testobjekten festgestellt wurden, merkt Ryan Smith, BD-Manager für den Bereich Metall (Verteidigung) bei EOS, an, dass konkrete Daten zu Ausfällen zwar oft geheim sind, das Hauptrisiko jedoch darin besteht, Probleme zu spät zu entdecken. „Es ist schwierig, Testzeiten für Hyperschallversuche zu bekommen“, erklärt Smith, „daher ist es wichtig, Probleme zu erkennen, bevor man diese Phase erreicht.“

LPBF: Die Metall-AM-Lösung für die Hyperschallfertigung

Die Metall-LPBF-Technologie von EOS ebnet den Weg zur Industrialisierung, indem sie die Herstellung hochdichter, flugtauglicher Bauteile mit unübertroffener Konsistenz ermöglicht. Durch den Einsatz des Metall-3D-Drucks können Ingenieure drei wesentliche technische Vorteile nutzen:

1. Fortschrittliches Wärmemanagement: Erstellung passgenauer Kühlkanäle, die sich exakt an die Kontur eines Bauteils anpassen, um Wärme effizienter abzuleiten.
2. Bauteilkonsolidierung: Reduzierung einer 50-teiligen Baugruppe auf ein einziges monolithisches Bauteil, wodurch das Gewicht minimiert und Schwachstellen beseitigt werden.
3. Gewichtsreduzierung: Einsatz von Topologieoptimierung, um überflüssiges Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die für Hochdruckumgebungen erforderliche Festigkeit zu gewährleisten.

Um die Produktionsqualität sicherzustellen, setzt EOS das fortschrittliche Überwachungssystem EOSTATE ein. Tools wie EOSTATE Prozessstabilität und EOSTATE Einblick in den laufenden Druckvorgang. Wie Smith betont: „Die additive Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten durch komplexe Geometrien, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht realisierbar sind.“ Während kleine Iterationen an der Tagesordnung sind, sind bei massiven, meterhohen Drucken Überwachungs- und Vorverformungssoftware entscheidend für den Erfolg dieser hochwertigen Drucke.

Wo AM auf den Luftstrom trifft

Das EOS-Ökosystem aus Werkstoffen, Systemen und Software unterstützt bereits heute die wichtigsten Hyperschallanwendungen:

• Antriebskomponenten: Herstellung der für Scramjet-Brennkammern und Kraftstoffdüsen erforderlichen einzigartigen Geometrien
• Wärmemanagementsysteme: Entwicklung hocheffizienter, kompakter Wärmetauscher, die nur mit additiven Verfahren realisierbar sind.
• Neuheiten: Integration der Kühlung direkt in die thermisch am stärksten beanspruchten Bereiche der Nasenkonusse und Tragflächen.

Laut Smith liegt der Vorteil auf der Hand: „Alle Teile, die wir drucken, können nur additiv hergestellt werden.“ Herkömmliche Verfahren wie das Hartlöten kommen für moderne Scramjet-Triebwerke, bei denen die Temperaturunterschiede im Halsbereich 6.000 Grad übersteigen können, schlichtweg nicht in Frage.

Strategische Vorteile für die Rüstungsindustrie

Die Umstellung auf einen „Additive-First“-Ansatz bietet strategische Vorteile, die über das einzelne Bauteil hinausgehen. Sie sorgt für eine widerstandsfähige Lieferkette, indem sie die Fertigung direkt am Einsatzort ermöglicht und so die Abhängigkeit von globalen Gießereien verringert. Mithilfe eines digitalen Bestands können Verteidigungsbehörden CAD-Dateien anstelle von physischen Bauteilen speichern, was einen schnellen Austausch ermöglicht.

Vor allem ermöglichen EOS-Systeme einen nahtlosen Übergang vom Prototypenbau zur Serienfertigung. Da für die frühe Forschungs- und Entwicklungsphase sowie für die Endfertigung dieselbe Technologie zum Einsatz kommt, verkürzt sich der Weg vom Konzept auf dem Whiteboard bis zum Windkanaltest erheblich.

Wir erfüllen Ihre Anforderungen im Bereich der Hyperschalltechnik

Im Wettlauf um zuverlässige Hyperschallleistung ist die Metall-Additive-Fertigung für den Erfolg von entscheidender Bedeutung. EOS ist Vorreiter in der Additive-Fertigung, doch wir sind mehr als nur ein Technologieanbieter – wir sind ein Produktionspartner. Wir setzen uns dafür ein, Auftragnehmern und Verteidigungsprogrammen dabei zu helfen, ihre Innovationen zu skalieren.

Die Zukunft des Hyperschallflugs wird heute gestaltet. Sprechen Sie mit einem EOS-Experten über Ihre Anforderungen im Bereich Hyperschallanwendungen.