BBG GROUP
Flügelkern für UAV
Ultraleichter Flügelkern für UAV: Vom Prototyp zur skalierbaren Fertigung
Mit einem Kern aus thermoplastischen Mikrosphären lässt sich das Gewicht von UAV-Flügelstrukturen deutlich reduzieren. Erste Prototypen haben wir bereits gefertigt und an einen Drohnenhersteller geliefert. Jetzt entwickeln wir den Fertigungsprozess weiter, mit dem Ziel einer reproduzierbaren, weitgehend automatisierten und skalierbaren Fertigung.
Weniger Gewicht schafft neue Möglichkeiten
Bei unbemannten Luftfahrzeugen ist Gewicht ein entscheidender Faktor. Jede Gewichtseinsparung an der Struktur kann zusätzlichen Spielraum für Reichweite, Flugdauer oder Nutzlast schaffen. Das gilt für zivile Anwendungen ebenso wie für UAV-Systeme, die im Defense-Umfeld eingesetzt werden.
Vor diesem Hintergrund beschäftigen wir uns bei BBG mit einem besonders leichten Kernmaterial für Flügelstrukturen. Grundlage sind thermoplastische Mikrosphären, die es ermöglichen, einen Kern mit einer sehr geringen Dichte von rund 0,02 g/cm³ herzustellen. Je nach Vergleichsmaterial sind beim Kern Gewichtseinsparungen von bis zu 60 Prozent möglich.
Unsere Entwicklungsarbeit konzentriert sich auf die Frage, wie sich dieses Material zuverlässig verarbeiten und in einen industriell nutzbaren Fertigungsprozess integrieren lässt.
Expandierte und expandiebare Mikrosphären im Zusammenspiel
Für die Herstellung des Flügelkerns verwenden wir eine Mischung aus bereits expandierten und noch expandierbaren thermoplastischen Mikrosphären. Beide Komponenten werden im Verhältnis 1:1 nach Gewicht gemischt.
Das Materialgemisch wird in ein vorgeheiztes, geöffnetes Werkzeug eingebracht. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird es auf die erforderliche Prozesstemperatur gebracht. Die expandierbaren Mikrosphären vergrößern dabei ihr Volumen, füllen die verbleibenden Zwischenräume und verbinden sich mit den bereits expandierten Partikeln zu einer zusammenhängenden, formstabilen Kernstruktur.
Die besondere Herausforderung liegt dabei weniger im Material selbst als in seiner kontrollierten Verarbeitung: Mischungsverhältnis, Materialmenge und -eintrag, Temperaturführung sowie Werkzeugauslegung müssen präzise aufeinander abgestimmt werden, um den Kern zuverlässig mit den geforderten Eigenschaften herzustellen.
Vom Materialversuch zum funktionsfähigen Flügelkern
Den grundlegenden Herstellungsprozess haben wir inzwischen umgesetzt. In unserem Werk in Mindelheim betreiben wir eine manuelle Pilotfertigung und haben erste Flügelkerne hergestellt und an einen UAV-Hersteller ausgeliefert.
Auch die Weiterverarbeitung zur Faserverbundstruktur wurde bereits erfolgreich erprobt. Dabei betrachten wir bewusst nicht nur die Herstellung des Kerns als einzelnen Prozessschritt. Entscheidend ist für uns die gesamte Prozesskette bis zum fertigen Bauteil.
Ein wesentliches Entwicklungsziel ist deshalb, den Kern mit möglichst wenigen zusätzlichen Arbeitsschritten weiterzuverarbeiten und zu laminieren. Auf diese Weise lassen sich die Vorteile des extrem leichten Kernmaterials mit einer effizienten Herstellung der gesamten Flügelstruktur verbinden.
Nächster Schritt: Automatisierung der Fertigung
Der aktuelle Entwicklungsschwerpunkt liegt auf der Überführung der manuellen Pilotfertigung in einen stärker automatisierten Prozess.
Im Mittelpunkt stehen dabei insbesondere das automatisierte Mischen, Dosieren und Einbringen der Mikrosphären in die Werkzeugkavität. Damit wollen wir Bedienereinflüsse reduzieren und gleichzeitig Reproduzierbarkeit und Prozessstabilität weiter erhöhen.
Auch die nachfolgenden Fertigungsschritte beziehen wir in die Prozessentwicklung ein. Unser Ziel ist eine möglichst durchgängige Fertigung, bei der Herstellung des Kerns und der Weiterverarbeitung zur Faserverbundstruktur effizient aufeinander abgestimmt sind.
Dabei verbinden wir unsere langjährige Erfahrung im Werkzeug- und Formenbau, im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automatisierung mit der Entwicklung des eigentlichen Herstellungsprozesses.
Unser Ziel: reproduzierbare und skalierbare Fertigung
Mit den bisher gefertigten Prototypen ist die grundsätzliche Machbarkeit nachgewiesen. Der nächste Entwicklungsschritt besteht darin, aus der erfolgreichen Pilotfertigung einen Prozess zu entwickeln, der sich mit reproduzierbarer Qualität auf höhere Stückzahlen übertragen lässt.
Gerade für UAV-Anwendungen ist diese Skalierbarkeit von Bedeutung. Neue Anwendungen entstehen sowohl im zivilen Bereich als auch im Dual-Use-Umfeld. Mit steigenden Stückzahlen wachsen gleichzeitig die Anforderungen an Prozesssicherheit, reproduzierbare Bauteileigenschaften und eine wirtschaftliche Fertigung.
Genau an dieser Schnittstelle setzen wir an: Wir entwickeln Werkzeug, Fertigungsverfahren und Automatisierung so weiter, dass aus einem innovativen Leichtbaumaterial ein industriell nutzbarer Produktionsprozess entstehen kann.
Potenzial für weitere Leichtbauanwendungen
Die Entwicklung des UAV-Flügelkerns ist unsere konkrete Ausgangsanwendung. Gleichzeitig betrachten wir, für welche weiteren Bauteile die Kombination aus sehr geringer Dichte und formgebender Verarbeitung interessant sein kann.
Denkbar sind beispielsweise Anwendungen bei Schutzhelmen sowie im Sport- und Freizeitbereich. Diese Möglichkeiten stehen derzeit jedoch nicht im Mittelpunkt unserer Entwicklungsarbeit – zunächst konzentrieren wir uns auf die Weiterentwicklung und Skalierung des Prozesses für den UAV-Flügelkern.