Luft- und Raumfahrtinstrumente aus Material in Militärqualität

Aero-Tec Industries mit Sitz in Seminole, OK, stellt Instrumente für die Luft- und Raumfahrt her, darunter eine Vielzahl von intern beleuchteten Bedienfeldern für den Einsatz in Starrflügel-, Drehflügel- und Simulatoranwendungen. Ein großer Prozentsatz davon wird so hergestellt, dass sie mit Nachtsichtbrillen kompatibel ist. Hierfür sind spezielle Lampenfilter und Lacke erforderlich.

Im Jahr 2005 machte sich Charles Harbert, Präsident von Aero-Tec, auf die Suche nach einer CNC-Maschine, die in der Lage ist, beleuchtete Displays für Flugzeugkommunikationsgeräte aus gegossenem Acryl in Serie zu bearbeiten. Aber dies sollten keine gewöhnlichen Displays sein und um sie nach anspruchsvollen Spezifikationen herzustellen, musste Aero-Tec ein außergewöhnliches Gerät finden.

HERSTELLUNG BELEUCHTETER LUFTFAHRT-INSTRUMENTE

Laut Harbert „sind in dem Teil zwei versiegelte 5-Volt-Lampenmodule eingekapselt – eines liefert die Hintergrundbeleuchtung für UHF und das andere [ganz oben] beleuchtet das Display, das sich hinter einem durchsichtigen Fenster befindet. Die Lampenmodule sind gefiltert, um mit Nachtsichtbrillen kompatibel zu sein, die von Militärpiloten getragen werden … und die Beschriftung am unteren Rand ist unbeleuchtet.“

Die hier gezeigten Teile umfassen ein fertiges Teil (abzüglich der beiden Drähte, die aus den vertieften Anschlüssen auf der Rückseite herauskommen) und die beiden anderen Teile zeigen das Innere und veranschaulichen die komplizierten Schritte, die zur Herstellung dieses Teils erforderlich sind.

Als Aero-Tec im Internet auf DATRON Dynamics, Inc., (Milford, NH) stieß, wurde Harberts Hoffnung auf überlegene Technologie durch eine Website gestärkt, die fortschrittliche Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren zeigte … und vielleicht noch wichtiger, ein Sammelsurium integrierter Funktionen das roch nach a
echte schlüsselfertige Lösung. „Insbesondere“, so Harbert, „interessierte mich, wie sich die Hochgeschwindigkeitstechnologie und der integrierte Vakuumtisch von DATRON auf unsere Effizienz und die Gesamtqualität unserer gesamten Produktlinie auswirken können.“

Tatsächlich hatte die VacuMate™-Spanntechnik von DATRON letztendlich genauso viel mit dem Erfolg von Aero-Tec mit diesem speziellen Luft- und Raumfahrtteil zu tun wie die 60.000-U/min-Bearbeitungstechnologie selbst. VacuMate wurde entwickelt, um flache Werkstücke schnell und effizient auf dem Bett eines Bearbeitungssystems zu befestigen. Dünner Bestand, der vorher nur mit großen Schwierigkeiten gesichert werden konnte, kann buchstäblich innerhalb von Sekunden gesichert werden. Dazu gehören Kunststofffolien bis zu einer Dicke von 0,001 Zoll oder Aluminiumbleche bis zu einer Dicke von 0,250 Zoll. Der Vakuumtisch verfügt über luftstromoptimierte Öffnungen mit vertieften Kammern, um eine hervorragende Vakuumverteilung zu gewährleisten. Ein kostengünstiges, gasdurchlässiges Substrat dient als Opfer-Vakuumdiffusor, der es dem Schneidwerkzeug ermöglicht, durch das Werkstück zu bearbeiten, ohne in den Tisch zu schneiden. Wenn Sie ein einzelnes 18" x 12" VacuMate-Segment (oder bis zu 4 verbundene Segmente für insgesamt 24" x 36") auf dem Maschinenbett platzieren, wird jedes Mal dieselbe Position beibehalten. Das liegt daran, dass die VacuMates mit einem abgeschrägten Boss-in-Cavity-System verkeilt sind, um die Wiederholbarkeit der Position zu gewährleisten.

Laut Bill King, Präsident von DATRON Dynamics, „befassen sich die meisten CNC-Hersteller einfach nicht mit Werkstückspannung. Sie verkaufen Ihnen ihre Maschine und lassen Sie einen Weg finden, Ihre Teile zu halten, sobald sie ankommen. Nun, DATRON verfolgt einen ganzheitlicheren Ansatz und betrachtet die Spanntechnik als Teil der Gesamtlösung.“

Diese Integration überzeugte Aero-Tec, das DATRON Bearbeitungssystem komplett mit 3D-Messung und VacuMate zu beschaffen – und Harbert und die F&E-Gruppe machten sich direkt an die Perfektionierung des Prozesses.

LUFT- UND RAUMFAHRTINSTRUMENTE IN MILITARY-GRADE

Der erste Schritt bestand darin, eine 24 Zoll x 36 Zoll große Platte aus gegossenem Acryl in Militärqualität maschinell oder „keksförmig“ zu schneiden, um die Rückseite des Teils zu erstellen. Mit einem QuadraMate™ (4 verbundene VacuMate-Segmente) wird das Material fixiert. Die Sonde scannt die Oberfläche des Materials, um die Position des Rohlings zu validieren, während gleichzeitig alle Unregelmäßigkeiten in die Steuerung von DATRON eingespeist werden. Etwaige Oberflächenunebenheiten werden dynamisch in den Bearbeitungsparametern kompensiert – ohne Eingriff des Bedieners und bevor die Bearbeitung überhaupt beginnt. Dadurch wird sichergestellt, dass trotz Dickenunterschieden die Schnitttiefe gleich bleibt. Dies ist für dieses Luft- und Raumfahrtteil und für Aero-Tec von entscheidender Bedeutung, da sie innerhalb von vier Tausendsteln vor dem Durchbrechen des Materials in das Acryl eingearbeitet werden. Nach dem Zuschnitt der Grundrohlinge für die Luft- und Raumfahrtinstrumente werden die Einzelteile wieder auf dem Vakuumspannfutter befestigt, um stirnseitig Freischnitte zur Aufnahme der elektrischen Anschlüsse zu fräsen.

Die Teile für die Luft- und Raumfahrtinstrumente werden aus dem Maschinenbett entfernt und zwei spezielle Terminals werden von der Stirnseite installiert und mit katalysiertem Polyester vergossen. Das überschüssige Vergussmaterial wird nass weggeschliffen, um das Gesicht glatt zu lassen. Anschließend werden die Lampenbaugruppen und die dazugehörige Verkabelung lagegenau montiert, damit die Elektronik in den nachfolgenden Fertigungsschritten auf dem DATRON Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum nicht durchtrennt wird. Dann werden diese Komponenten wieder mit Polyester vergossen, um sie an Ort und Stelle zu sichern.

Anschließend werden die Teile wieder auf die DATRON Maschine gelegt und mit der Vakuumvorrichtung fixiert, damit alle Detailmerkmale, die auf der Rückseite erscheinen, bearbeitet werden können – das rechteckige Fenster wird bis auf die Stufe heruntergesägt. Dann dreht der Bediener das Teil um und platziert es in einer speziellen Halterung auf a
separate Station im Arbeitsbereich der DATRON Maschine. Hier wird der Fensterdurchschnitt fertiggestellt und eine Fase um die Öffnung herum bearbeitet und die Schulter mit einem Kugelkopffräser geschnitten. Eine zusätzliche Klemme wird im Durchgangsloch (Fenster) platziert, um das Teil zu halten, während die Peripherie geschnitten wird – wodurch das Teil vom Block aus Militäracryl befreit wird.

Die einzelnen Displays für die Luft- und Raumfahrtinstrumente durchlaufen dann einen Lackierprozess – schwarz auf weiß. Nach dem Lackieren wird die Beschriftung mit einem diodengepumpten Lasersystem aufgebracht, das die schwarze Farbe abträgt, um das darunter liegende Weiß freizulegen. Auf dem DATRON Bearbeitungszentrum wurde die für das Lasersystem benötigte Registriervorrichtung gefertigt.

Die Teile werden zur DATRON Maschine zurückgeführt, wo die schwarzen und weißen Farbschichten auf der oberen Wand der Fensteröffnung auf der Rückseite weggefräst werden. Dadurch kann NVG-sicheres Licht auf das Display fallen, das hinter dem Fenster installiert wird. Abschließend wird das Fenster selbst (auf der DATRON ebenfalls aus gegossenem Acryl gefräst) eingeklebt und die Drähte eingelötet und vergossen. Das Aero-Tec-Design ermöglicht es, die Drähte zuletzt einzuführen, damit sich die DATRON Maschinenbediener bei den verschiedenen Bearbeitungsprozessen nicht damit herumschlagen müssen. Harbert lobt die Langlebigkeit von DATRON mit den Worten:„Die Qualität der DATRON Serviceabteilung kann ich wirklich nicht bestätigen, denn nach anderthalb Jahren dieses Projekts hat die Maschine nicht ein einziges Mal einen Schluckauf gehabt – also haben wir keinen Service benötigt … was ist außergewöhnlich.“

Außerdem erklärt er:„Es ist erstaunlich, wie viel Arbeit in Luft- und Raumfahrtinstrumente oder ein fertiges Militärteil investiert wird. Aber wenn es das ist, was uns alle schützt, dann ist es die Mühe wert – und wenn die Qualität dieses Teils entscheidend für diese Sicherheit ist, dann ist DATRON buchstäblich ein Lebensretter.“