Protolabs: Erweiterug der Kunststofffertigung für leichte und funktionsintegrierte Drohnenbauteile

Protolabs baut seine Fertigungskapazitäten für die Drohnenindustrie aus. Im Mittelpunkt stehen additive Verfahren für leichte Kunststoffbauteile, ein erweitertes Werkstoffangebot sowie die CNC-Bearbeitung von Kunststoff- und Metallkomponenten mit engeren Toleranzen. Damit reagiert der Fertigungsdienstleister auf die steigende Nachfrage nach schnell verfügbaren Prototypen, häufigen Konstruktionsänderungen und kleinen bis mittleren Serien.

Nach Angaben des Unternehmens ist der mit Drohnenherstellern erzielte Umsatz seit 2023 um mehr als 90 Prozent gestiegen. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate habe knapp 40 Prozent betragen. Protolabs führt diese Entwicklung unter anderem auf den zunehmenden Bedarf an bedarfsgerechter Fertigung zurück. Drohnenhersteller nutzen die angebotenen Verfahren sowohl für die Entwicklung und Erprobung als auch für die Herstellung einsatzfähiger Bauteile und Kleinserien.

Additive Fertigung leichter Kunststoffkomponenten
Ein Schwerpunkt der Erweiterung liegt auf dem Multi-Jet-Fusion-Verfahren, kurz MJF. Protolabs hat seine entsprechenden 3D-Druckkapazitäten in Zusammenarbeit mit HP Additive ausgebaut. Das pulverbettbasierte Kunststoffverfahren eignet sich insbesondere für komplexe Geometrien, geringe Wandstärken und Bauteile, bei denen ein niedriges Gewicht mit ausreichender mechanischer Belastbarkeit verbunden werden muss.

In Drohnen können additiv gefertigte Kunststoffteile beispielsweise als Luftkanäle, Elektronikgehäuse, Halterungen, Steckverbindergehäuse und Abdeckungen eingesetzt werden. Durch die konstruktive Gestaltungsfreiheit des Verfahrens lassen sich Funktionen wie Luftführung, Kabelbefestigung, Kühlung oder die Aufnahme von Sensoren und Nutzlasten direkt in die Bauteilgeometrie integrieren. Dies kann die Zahl der Einzelteile und nachträglichen Montageschritte reduzieren.

Auch dünnwandige und teilweise lichtdurchlässige Strukturen sind mit dem Verfahren realisierbar. Voraussetzung ist eine an die mechanischen, thermischen und aerodynamischen Anforderungen angepasste Konstruktion. Für Drohnenanwendungen sind solche Strukturen vor allem dort relevant, wo jedes zusätzliche Gewicht die Flugzeit, Reichweite oder mögliche Nutzlast beeinflusst.

Die 3D-Druckfertigung des Unternehmens ist nach ISO 9001 zertifiziert. Die Zertifizierung bezieht sich auf das Qualitätsmanagementsystem, ersetzt jedoch keine anwendungsspezifischen Prüfungen oder Freigaben einzelner Bauteile.

Kunststoffteile auch durch CNC-Fräsen
Neben dem 3D-Druck erweitert Protolabs sein Angebot im CNC-Fräsen. Das Verfahren wird für einsatzfähige Metall- und Kunststoffteile genutzt, die engere Maßtoleranzen, definierte Oberflächen oder bestimmte Materialeigenschaften erfordern.

Die zerspanende Bearbeitung von Kunststoff ist unter anderem für Strukturteile, Halterungen, Gehäuse, Isolierkomponenten und Bauteile für Testaufbauten geeignet. Gegenüber additiven Verfahren kann CNC-Fräsen Vorteile bieten, wenn Halbzeuge aus technisch etablierten Kunststoffen eingesetzt werden sollen oder wenn hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit, Ebenheit, Bohrungen und Passungen bestehen.

Für die Drohnenentwicklung ist insbesondere die Kombination beider Fertigungsverfahren relevant. Additive Verfahren ermöglichen schnelle Geometrieänderungen und komplexe Leichtbaustrukturen, während CNC-gefräste Kunststoffteile für präzise Schnittstellen, Funktionsprüfungen und mechanisch höher beanspruchte Komponenten verwendet werden können.

Ergänzend bietet Protolabs ein erweitertes Spektrum funktionaler und optischer Oberflächenbehandlungen an. Welche Nachbearbeitung für Kunststoffbauteile erforderlich ist, hängt unter anderem vom eingesetzten Polymer, der geforderten Oberflächenqualität, der Umgebungsbelastung und dem vorgesehenen Einsatzbereich ab.

Fertigung kleiner Stückzahlen und vieler Varianten
Die Drohnenindustrie ist häufig durch eine große Variantenvielfalt bei vergleichsweise niedrigen Stückzahlen gekennzeichnet. Unterschiedliche Nutzlasten, Sensoren, Kameras, Kommunikationssysteme und Einsatzbedingungen erfordern regelmäßig konstruktive Anpassungen. Hinzu kommen kurze Entwicklungszyklen und wiederholte Designänderungen.

Für diese sogenannte High-Mix-Low-Volume-Fertigung werden flexible Prozesse benötigt, die ohne umfangreiche Werkzeugkosten auskommen und Änderungen kurzfristig umsetzen können. Insbesondere der industrielle Kunststoff-3D-Druck ermöglicht die Fertigung unterschiedlicher Bauteilvarianten innerhalb eines Produktionslaufs. Dadurch lassen sich beispielsweise Gehäuse, Kanäle oder Halterungen an verschiedene Elektronik- und Nutzlastkonfigurationen anpassen.

Bei höheren Anforderungen an Material, Toleranzen oder Oberflächen können die additiv gefertigten Komponenten durch CNC-gefräste Kunststoff- oder Metallteile ergänzt werden. Die Auswahl des Fertigungsverfahrens richtet sich damit weniger nach einem einzelnen Standardprozess als nach Funktion, Stückzahl, Bauteilgröße und Belastungsprofil.

Erweitertes Werkstoffangebot
Über das Protolabs Network wurde das verfügbare Werkstoffportfolio nach Unternehmensangaben um knapp 50 Prozent auf insgesamt 75 Optionen erweitert. Der Schwerpunkt liegt auf Materialien für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Genannt werden unter anderem Inconel 625, der Chrom-Molybdän-Stahl AISI 4130 und die Aluminium-Magnesium-Legierung Aluminium 5754.

Diese metallischen Werkstoffe werden beispielsweise für thermisch oder mechanisch stark belastete Komponenten, Triebwerksteile, Fahrwerksbaugruppen und äußere Strukturen eingesetzt. Für die kunststofftechnische Konstruktion sind sie vor allem im Rahmen hybrider Baugruppen relevant, bei denen leichte Kunststoffgehäuse, Luftführungen oder Abdeckungen mit metallischen Lastpfaden, Verbindungselementen und Antriebskomponenten kombiniert werden.

Die Werkstoffauswahl muss dabei auf die jeweilige Funktion abgestimmt werden. Neben Festigkeit und Gewicht sind bei Drohnen unter anderem Temperaturbeständigkeit, Feuchtigkeitsaufnahme, UV-Belastung, Chemikalienbeständigkeit, Schwingungsverhalten und elektromagnetische Anforderungen zu berücksichtigen.

Kunststoff-Leichtbau gewinnt in der Drohnenfertigung an Bedeutung
Das Wachstum kommerzieller und militärischer Drohnenanwendungen erhöht den Bedarf an leichten, komplexen und kurzfristig verfügbaren Bauteilen. Kunststoffverfahren spielen dabei insbesondere für Gehäuse, Luftführungen, Halterungen und funktionsintegrierte Komponenten eine wichtige Rolle.

Der Ausbau von MJF-Kapazitäten und CNC-Bearbeitung zeigt, dass sich die Fertigung von Drohnenkomponenten zunehmend auf eine Kombination digitaler Produktionsverfahren stützt. Additive Fertigung bietet Vorteile bei komplexen Geometrien und häufigen Änderungen, während die spanende Kunststoffbearbeitung für präzise und werkstoffspezifische Bauteile eingesetzt wird. Für Hersteller entsteht dadurch die Möglichkeit, Prototypen, Varianten und kleine Serien ohne klassische formgebundene Werkzeuge herzustellen.

Weitere Informationen: www.protolabs.de

Proto Labs GmbH, Putzbrunn bei München

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