CNC-Bearbeitung: Transformation der Militär- & Verteidigungsproduktion

Als wichtige Quelle für Fertigungsumsätze verlassen sich die Verteidigungs- und Militärindustrien auf sehr flexible, kosteneffektive und zuverlässige Technologien. Mit globalen Verteidigungsausgaben, die im Zeitraum 2019–2023 voraussichtlich mit einer CAGR von etwa 3 % wachsen und bis 2023 2,1 Billionen US-Dollar erreichen werden, investieren sie auch stark in moderne Bearbeitungslösungen in verschiedenen Bereichen ihres Workflows.

Die allgemeinen Anforderungen an militärische Ausrüstung können immens variieren, aber einige Dinge gelten branchenübergreifend. Im Allgemeinen muss militärische Ausrüstung robust, steif und in rauen Geländen gut funktionieren. Viele große Geräte sind metallisch und erfordern metallische Teile, aber es gibt auch Platz für medizinische Versorgungsgüter (die von Militärbehörden, der FDA oder geltenden Regierungsvorschriften je nach Region genehmigt sein müssen).

Da Verteidigungsanwendungen oft mit anderen Branchen wie Kommunikation, Medizin und Luft- und Raumfahrt zusammenfallen, bedeutet dies oft, dass sie alle für diese Branchen spezifischen Bearbeitungseinrichtungen ebenfalls nutzen. Die Maschinen müssen oft groß und in der Lage sein, Materialien wie Legierungen und harte, langlebige Metalle zu verarbeiten.

Hier sind nur einige Wege, wie die Verteidigungsindustrie CNC-Maschinen einsetzt und wie sie etwas Einzigartiges beitragen:

Luft- und Raumfahrtanwendungen

Einer der Hauptnutzer von CNC-Fertigungstechnologien ist Lockheed Martin. Nicht nur ist Lockheed Martin wohl der größte Name in der Rüstungsfertigung, sie sind auch das drittgrößte Luft- und Raumfahrtunternehmen der Welt, hinter Boeing und Airbus. Das Unternehmen hat jedoch leicht abweichende Bedürfnisse zu den anderen beiden, da es einen viel größeren Fokus auf Verteidigung hat. Hier kommen Präzisionsbearbeitungstechnologien ins Spiel, die hohe Teilegenauigkeit, Prozesszuverlässigkeit und Kosteneinsparungen bieten.

Während CNC-Maschinen seit ihrer Entstehung in militärischen Anwendungen eingesetzt werden, bieten moderne Fräs- und Bohrmaschinen etwas Einzigartiges, das die meisten anderen Fertigungstechnologien nicht bieten können. Allein die Präzision ermöglicht weit neuartigere militärische Anwendungen. Die Verbundwerkstoff-Haut der F-35 wird beispielsweise so eng toleranziert gefräst und gebohrt, dass die montierte Oberfläche des Flugzeugs die Ungenauigkeiten vermeidet, die auf einem Radar auftauchen könnten.

Im Fall der F-35 nutzen Hersteller eine 5-Achs-Fräsmaschine mit Portalbauweise, die ausreichend Leistung für ihre Präzisionsbearbeitungsoperationen an den Verbundwerkstoff-Häuten des Flugzeugs bietet. Sie handhabt auch komplexe kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffteile sowie die Aluminium-Vakuumspannvorrichtungen, die das Teil während der Fertigung halten. Eine einzelne Maschine bohrt allein zahlreiche Teilarten für alle Abschnitte des Flugzeugs und für den Fertigungsprozess selbst.

Ebenso ist Northrop Grumman ein weiterer Luft- und Raumfahrt-Verteidigungsauftragnehmer, der CNC-Maschinen als besten Weg zur Erreichung seiner Ziele sieht. Sie haben eine langjährige Partnerschaft mit dem weltklasse Fertigungskonzern Siemens für die Nutzung ihrer Systeme und haben viel Geld in die Entwicklung neuer Technologien für den Eigenbedarf investiert. Northrop Grummans Forschung hat ergeben, dass die Hauptkategorien, die eine CNC-Maschine für Verteidigungsanwendungen erfüllen muss, robustes Maschinendesign, Werkzeugmaschinen-Wiederholgenauigkeit, Werkzeugmaschinen-Ansprechverhalten, Umgebungs-Temperaturstabilität und stabile Maschinenfundamente sind.

Northrop Grummans Werk in Hawthorne nutzt zwei Portal-5-Achs-CNC-Router von Cincinnati mit einstellbaren CNC-Spannvorrichtungen, um Aufbau- und Rüstkosten für Hartwerkzeuge zu umgehen. Drei einstellbare Betten mit neuen POGO Universal Holding Fixtures (UHFs) reduzieren Rüstzeiten um etwa zwei Drittel bei Trim- und Bohroperationen an mehr als 100 verschiedenen Rumpfhautteilen. Diese Systeme sind ein entscheidender Teil der Beschleunigung ihrer Abläufe und arbeiten neben den NC-Maschinen in ihrem Arsenal.

General Atomics hat ebenfalls enthusiastisch CNC-Bearbeitung (unter vielen anderen Technologien) in ihrer Flugzeugentwicklung unterstützt. Ihre Arbeit am Predator-Flugzeug ist ein gutes Beispiel. Es dient als Ganzverbundflugzeug, das in einer ihrer Fertigungsstätten südlich von Rancho Bernardo, Kalifornien, von Hand laminiert wird, hauptsächlich mit Kohlenstoff/Epoxid-Prepregs, und in einem Autoklaven ausgehärtet. Die Prepreg-Materialien werden auf einer computergesteuerten Schneide- und Kitting-Maschine zugeschnitten, und Kernschnitte erfolgen auf einer 5-Achs-CNC-Schneidemaschine.

Waffenentwicklung

4-Achs-CNC-Maschinen wurden bereits während des Golfkriegs zur Entwicklung von Tomahawk-Marschflugkörpern eingesetzt. Dieser Trend hat sich mit fortschreitender Technologie nur vertieft, indem Mehrachsmaschinen mit großen Arbeitsräumen und Volumen die Haut einer Rakete in einem Arbeitsgang fertigen können. Neben Präzision erfordern solche Systeme viel Drehmoment, um härtere Materialien zu fräsen. Selbstverständlich benötigen Raketen wie die Tomahawk große, schwere Systeme, die auch mit ziemlich leistungsfähigen Materialien arbeiten müssen, da diese Waffen oft Schiffsreisen und sogar U-Boot-Bedingungen standhalten müssen.

Für die Entwicklung nutzt Raytheon einen FANUC-Sechs-Achs-Roboter. Dies ermöglicht einer einzelnen Abteilung, die gesamte 20-Fuß-Marschflugkörper selbst zu fertigen, wobei der Roboter den Großteil der Schwerstarbeit übernimmt. Wie man sich vorstellen kann, ist dies eine gefährliche Aufgabe, daher ist so wenig manuelle Arbeit wie möglich ein massiver Vorteil für das Unternehmen. Roboterassembly ist daher nicht nur günstiger, schneller und präziser, sondern auch aktiv sicherer.

Kleine Komponenten für Raketen und Fahrzeuge werden ständig mit Mehrachsbearbeitungstechnologien entwickelt. Hubschrauberkomponenten wie rotierende und stationäre Taumelscheiben, Haupt- und Heckrotornaben und Hauptrotormanschetten werden beispielsweise an Sikorskys Einrichtungen mit CNC-Maschinen entwickelt.

Selbst Fahrzeuge wie der Hummer H2 nutzen mehrere Komponenten, die gefräst sind. Ein gutes Beispiel ist der Kühlergrill an der Front, der Aluminium und hochfeste Stähle verwendet. Diese sind dank der einzigartigen Vorteile der CNC-Bearbeitung viel schneller herzustellen und zu montieren.

Erkennungssysteme & Radartechnik

Erkennungssysteme und Kommunikationsgeräte sind für Verteidigungs- und Militäreinrichtungen immer notwendig. Daher war ihre Bereitstellung und Wartung stets Aufgabe der neuesten Fertigungstechnologien. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem CNC-Bearbeitung als Bollwerk für die operativen Bedürfnisse des Militärs glänzen kann.

Radom- und Radarschüsselentwicklung erfordert einzigartig aufwendige Formen und feine Oberflächen. Dies ist notwendig, um äußerst minimale Signale aufzunehmen, die für Waffenerkennungssysteme benötigt werden. Dies bedeutet oft, dass die CNC-gefertigten Komponenten glatt und präzise in alle richtigen Richtungen gekrümmt sein müssen.

Auch abseits dieser Erkennungssysteme werden deren Gehäuse bearbeitet und gefräst. Hohe Ausdauer wird besonders notwendig, da sie oft Teil von Militärfahrzeugen sind, die entweder hohe Geschwindigkeiten fahren oder einem hohen Maß an Verschleiß standhalten müssen. Radare können aus mehreren Metallen und Legierungen bestehen, daher muss jede CNC-Maschine, die diese bearbeitet, ein hohes Maß an Vielseitigkeit mitbringen.