Wie können Luft- und Raumfahrtunternehmen die additive Fertigung mit MES auf die nächste Stufe heben?

Die Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie (A&D) ist einer der ersten Anwender des 3D-Drucks. Die meisten wichtigen OEMs und Zulieferer der Luft- und Raumfahrt verwenden den 3D-Druck für das funktionale Prototyping, die Herstellung von Werkzeugen und das Leichtbauen von Endverbrauchsteilen.

Um AM in der Luft- und Raumfahrt zu erweitern, suchen zukunftsorientierte AM-Anwender nach Wegen, um wiederholbare AM-Workflows zu ermöglichen. Das Erreichen von Wiederholbarkeit und Sicherstellen der AM-Teilequalität ist jedoch immer noch leichter gesagt als getan.

Vor welchen Herausforderungen stehen Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsunternehmen, nachdem sie AM eingeführt haben? Und noch wichtiger:Welche Lösungen können ihnen helfen, diese Herausforderungen zu meistern und die Vorteile der digitalen Fertigung zu nutzen?

Additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie

Die Covid-19-Pandemie führte im Jahr 2020 zu einem beispiellosen Stillstand des weltweiten Passagierflugverkehrs mit vielen nachteiligen Folgen für die Flugzeughersteller.

Um das Geschäft besser auf die Erholung vorzubereiten, setzen Hersteller und Zulieferer der Luft- und Raumfahrt auf digitale Technologien, darunter auch AM, um die Vorlaufzeiten zu verkürzen, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und die allgemeine Nachhaltigkeit des Flugverkehrs zu erhöhen.

Während AM für Luft- und Raumfahrtunternehmen nichts Neues ist, ist die Technologie erst vor kurzem so weit fortgeschritten, dass sie in funktionalen Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden kann.

Allerdings sind die AM-Technologie und die dazugehörigen Prozesse noch lange nicht ausgereift. Während die Branche ständig neue Standards, Materialien und Systeme entwickelt, ist es für die meisten Unternehmen ein schwieriges Unterfangen, wiederholbare AM zu erreichen.

Weitere Informationen zu 3D-Druckanwendungen in A&D: 

• 3D-Druck für Flugzeugkabinen 

• 3D-gedruckte Raketen und die Zukunft der Raumfahrzeugfertigung

Fünf Herausforderungen für skalierbare AM in der Luft- und Raumfahrt – und wie ein additives MES helfen kann 

1. Industriestandards erfüllen und AM-Teile für den Flug zertifizieren lassen

A&D-Player agieren in einem stark regulierten Umfeld. Unternehmen müssen Vorschriften zu Informationssicherheit, Vertragspreisen und Projektkosten einhalten. Sie unterliegen auch Audit- und Produktintegritätsanforderungen.

Design, Produktion und Wartung aller Flugzeuge erfordern Genehmigungen der FAA in den USA und der EASA in Europa. Obwohl diese Vorschriften für die Sicherheit von Passagieren und Bedienern von entscheidender Bedeutung sind, machen sie es auch für OEMs und Zulieferer unerlässlich, die hohen Qualitätsstandards ihrer Produkte und Dienstleistungen einzuhalten.

Die genauen Anforderungen gelten gleichermaßen für additiv gefertigte Teile. Während Standards und Vorschriften für den 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt nach und nach entwickelt werden, besteht für Luft- und Raumfahrtunternehmen eine ständige Herausforderung darin, den Arbeitsablauf einzurichten, der die Compliance- und Auditkontrolle erleichtert.

Wie MES die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften unterstützt

MES-Software für die additive Fertigung ermöglicht es OEMs und Zulieferern der Luft- und Raumfahrt, die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen wie AS9100 zu verbessern, indem Live-Daten über Teile und Prozesse gesammelt, verfolgt und kontrolliert werden.

Diese Informationen ermöglichen es Managern, fundiertere Entscheidungen zu treffen, die dazu beitragen, das Management der Bereiche zu verbessern, die sich auf die Produktqualität auswirken.

Ein weiterer Vorteil von MES ist die Designkontrolle. MES hilft Herstellern sicherzustellen, dass der Prozess so befolgt wird, wie er vom Engineering entworfen wurde. Diese Durchsetzung unterstützt die Standardisierung von Vorgängen und verbessert die Rückverfolgbarkeit und Wiederholbarkeit weiter.

2. Verkürzung der Vorlaufzeit für AM-Teile und der Lieferkettenlänge

Rekord-Auftragsbücher für kommerzielle OEMs unterstützen die Vorwärtsproduktion für 8-10 Jahre.

Da OEMs die Produktion hochfahren, um ihre großen Rückstände zu decken, würden Lieferanten auf verschiedenen Ebenen der Lieferkette unter Druck geraten, pünktliche Lieferungen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Qualität und Kontrolle der Kosten zu erzielen.

Viele Zulieferer haben in AM-Fähigkeiten investiert, um eine schnellere Produktion kritischer Flugzeugkomponenten zu unterstützen, einschließlich Kabinenteilen und Triebwerkskomponenten (z. B. Brennkammern, Einspritzdüsen, Pumpen und Haupttreibstoffventile).

Um jedoch mit der wachsenden Nachfrage Schritt halten zu können, müssen Luft- und Raumfahrtunternehmen, die AM-Operationen betreiben, das richtige Maß an operativer Exzellenz sicherstellen.

Um dieses Exzellenzniveau zu erreichen, müssten OEMs und Zulieferer ihr Lieferkettennetzwerk integrieren. Die kritische Herausforderung hierbei besteht darin, dass viele Unternehmen die verfügbaren Lösungen für AM nicht kennen, die verschiedene Teile der Lieferkette verbinden können.

Wie MES digitale Lieferketten erleichtert

Die Schaffung einer integrierten Lieferkette für AM bedeutet die Einrichtung einer digitalen, zentralisierten Plattform für die Verwaltung, Weiterleitung und Verfolgung von Aufträgen über verschiedene Lieferanten hinweg.

Modernste MES-Lösungen für AM ermöglichen es Unternehmen, sich direkt mit ihren bevorzugten Lieferanten und Subunternehmern zu verbinden. Durch die Einrichtung der beidseitig nutzbaren Plattform können Unternehmen ein Netzwerk aufbauen, das die Kommunikation mit Lieferanten vereinfacht und das Routing von Produktions- und Nachbearbeitungsaufträgen ermöglicht.

Fortschrittliche MES-Lösungen können sogar noch weiter gehen und eine automatisierte Auftragsweiterleitung basierend auf vordefinierten Parametern wie Durchlaufzeit und Kosten ermöglichen.

3. Reduzierung der AM-Kosten und der Verschwendung hochwertiger Materialien

Für den 3D-Druck von funktionalen Flugzeugteilen sind erstklassige Materialien in Flugqualität erforderlich. Solche Materialien, seien es kohlenstoffverstärkte Verbundwerkstoffe oder Metalle wie Titan, sind sehr teuer.

Um die additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt wirtschaftlich einsetzen zu können, müssen Unternehmen auf einen effizienten Materialeinsatz achten. Dies ist jedoch nicht so einfach.

Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem Sie einen Build mit Titanpulver beginnen. Ihr 3D-Drucker läuft seit mehreren Stunden und schmilzt und verfestigt Schichten von teurem Metallpulver. Und wenn der Job beendet ist, stellen Sie fest, dass das Teil fehlgeschlagen ist und der Fehler irgendwo in der Mitte des Jobs aufgetreten ist.

Im Fall von Titanpulver bedeutet dies eine Verschwendung von Maschinenzeit und Material im Wert von mehreren Tausend Dollar.

Leider sind solche Situationen in AM keine Seltenheit. Während fehlgeschlagene Builds passieren, sollten Luft- und Raumfahrtunternehmen Möglichkeiten zur Minimierung von Verschwendung in Betracht ziehen.

Wie MES hilft, Kosten zu sparen

Ein Ausführungssystem für die additive Fertigung kann Luft- und Raumfahrtunternehmen helfen, Kosten zu sparen und Materialverschwendung in Situationen wie den oben beschriebenen zu reduzieren.

Wie?

Fortschrittliche MES-Lösungen können mit AM-Systemen zur Echtzeit-Maschinenüberwachung integriert werden. Wenn beispielsweise während des Druckprozesses ein Fehler auftritt, kann ein Bediener eine Benachrichtigung über MES erhalten und die Maschine stoppen, bevor zu viel kostspieliges Material verschwendet wird.

Lesen Sie auch:Wie können Sie die 3D-Druckerüberwachung nutzen, um die additive Fertigung zu skalieren?

4. Gewährleistung des IP-Schutzes von AM-Daten

Die Reduzierung von IP-Verletzungsrisiken, insbesondere für sensible Daten wie Designdateien und Produktionsparameter, ist für A&D-Unternehmen von größter Bedeutung.

Aus diesem Grund ist es wichtig, Systeme zu verwenden, die den IP-Schutz unterstützen und sicherstellen, dass die Daten bei der Verwaltung des AM-Betriebs intakt bleiben.

Wie additive MES die Sicherheit erhöht 

Um die Datensicherheit zu gewährleisten, sind fortschrittliche additive MES-Systeme, ob On-Premise oder Cloud-basiert, darauf ausgelegt, luft- und raumfahrtspezifische Industriestandards für Sicherheit und Datenmanagement zu erfüllen.

Darüber hinaus verfügt das aerospace-grade additive MES über die interne Fähigkeit zur Systemsicherheit und zum sicheren Datenaustausch. Dazu gehört beispielsweise die Beschränkung des Zugriffs auf das System für jede Person, die nicht berechtigt ist, auf die Anwendung zuzugreifen.

Darüber hinaus unterstützen moderne additive MES-Lösungen auch Single Sign-On (SSO) – ein Tool zur Authentifizierung von Unternehmensbenutzern, das es Benutzern ermöglicht, sich mit nur einem Anmeldedatensatz bei mehreren Anwendungen und Websites anzumelden und darauf zuzugreifen.

SSO reduziert Sicherheitsrisiken auf vielfältige Weise. Benutzer müssen beispielsweise nicht mehr Dutzende von Passwörtern im Auge behalten, während Luft- und Raumfahrtunternehmen die Identitätssicherheit mit Techniken wie der Zwei-Faktor-Authentifizierung stärken können.

5. Schaffung von Transparenz und Rückverfolgbarkeit für AM-Vorgänge

Die Komplexität und der digitale Charakter von AM erfordern Echtzeit-Transparenz und flexible Steuerung. Und dennoch, vielleicht etwas paradoxerweise, verlassen sich Unternehmen, die fortschrittliche Technologien wie AM einsetzen, weiterhin auf Altsysteme wie Ausdrucke und Tabellenkalkulationen, um Daten zu sammeln und die additive Produktion zu organisieren.

Papier ist ein schwarzes Loch für die Sichtbarkeit und Daten, die manuell auf Papier gesammelt werden, sind fehleranfällig.

Neben Papier verlassen sich viele Unternehmen fälschlicherweise auf ihr ERP, um die Sichtbarkeitslücke zu schließen. ERP-Systeme haben jedoch Schwierigkeiten, die Arbeit angemessen zu verfolgen und zu verwalten.

Als transaktionales System arbeitet das ERP vorgelagert in der Wertschöpfungskette der Produktion. Es verwaltet Bestellungen und Finanztransaktionen, kann jedoch nicht die Nuancen oder Ursache-Wirkungs-Verbindungen erfassen, die in einem Workflow erforderlich sind.

Ein starker Einblick in die AM-Produktion macht es einfach, Fehler zu erkennen und Verbesserungsmöglichkeiten aufzudecken. So kann ein additives MES helfen.

Wie additives MES die Produktionstransparenz verbessert

Das MES spielt eine entscheidende Rolle im Zentrum der additiven Fertigung und verbindet Shopfloor-Personal, AM-Systeme, Nachbearbeitungsstationen, Logistik, Vertrieb und Planung. Die Fähigkeit, diese verschiedenen Funktionen aufeinander abzustimmen und den wichtigsten Interessengruppen Transparenz zu bieten, fördert die Leistung und Compliance im gesamten Unternehmen.

Im Wesentlichen bietet es ein Fenster zu allen Aktivitäten, die für eine erfolgreiche AM-Produktion entscheidend sind.

Additive MES ermöglicht beispielsweise AM-Produktionstransparenz, indem es Echtzeit-Einblicke in den Produktionsplan und die Maschinenauslastung bietet.

Stellen Sie sich eine Situation vor, in der der Manager die Leistung der AM-Maschinen in einem Echtzeit-Dashboard sehen kann. Ausgestattet mit der Fähigkeit, in Echtzeit zu sehen, was passiert, kann der Manager mit den Bedienern zusammenarbeiten, um leistungsschwache Geräte zu identifizieren, proaktive Maßnahmen zu ergreifen und die Gesamtleistung aufrechtzuerhalten.

Letztendlich arbeitet die gesamte AM-Anlage effizienter, wenn das Team auf allen Ebenen Produktionsinformationen in Echtzeit zur Hand hat.

Additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt:Wiederholbarkeit und Qualität mit MES erreichen 

Additive Fertigung ist zu einer integralen Technologie im Werkzeugkasten der Flugzeughersteller geworden. Die Frage ist daher nicht, warum man AM einführt, sondern wie man seine Effizienz und Skalierbarkeit in der Produktion sicherstellt.

Als unverzichtbar erweist sich das additive MES. Entwickelt für die einzigartigen Anforderungen von AM, hilft additive MES, einen regelkonformen, qualitätsorientierten Workflow zu etablieren. Darüber hinaus verbindet es den Fertigungsbereich digital mit dem Rest der Organisation und sammelt und verbreitet genaue Echtzeitdaten, die zur Leistungssteigerung erforderlich sind.

Letztlich ist die digitale Infrastruktur der Schlüssel zu einer effizienten AM. Luft- und Raumfahrtunternehmen können mit additivem MES den Grundstein für eine solche Infrastruktur legen und ihre Wettbewerbsfähigkeit in der digitalen Fertigung der Zukunft sichern.

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