Composite-Materialien meistern: Effiziente Produktionsstrategien für Luftfahrt-OEMs

Im Rennen um die Hochskalierung der Produktion zur Deckung der Nachfrage nach Verkehrsflugzeugen gibt es keinen einzelnen Weg, das beste Flugzeug zu bauen. Während Luftfahrt-OEMs alle Material- und Verarbeitungsoptionen prüfen, werden sie weiterhin innovative Anwendungen für sowohl Duroplast- (TS) als auch Thermoplast-Composites (TPC) finden, nicht zu vergessen andere Optionen wie trockene Kohlefasergewebe und Keramik-Matrix-Composites (CMC).

Die optimale Kombination von Materialien und Prozessen für jedes Bauteil mit der erforderlichen Leistung und Qualität bei niedrigsten Gesamtbeschaffungskosten (TCA) zu bestimmen, kann wie das Lösen eines Rubik’s Cube sein. Jeder Lieferkettenpartner arbeitet mit dem OEM zusammen, um eine andere Seite des Würfels auszurichten, mit dem Gesamtziel, ein sicheres, leistungsstarkes, treibstoffeffizientes, komfortables Flugzeug pünktlich und profitabel an die Airline zu liefern.

Paradigmen verschieben sich ständig, während fortschrittliche Materialien und Fertigungstechniken sich weiterentwickeln. Für jede Flugzeugkomponente und jedes Bauteil – sei es Tragflügel, Rumpf, Stringer, Innenraumteil oder Triebwerk – gibt es eine Kaskade von Überlegungen. Welche Materialien sind für die Anwendung geeignet? In welchen Formaten können sie vorliegen – z. B. als Pad Plies, gespultes Schlitzband, gehackte Flocken oder Bias Plies? Welche Legetechnologie ist mit dem formatierten Material kompatibel – wie Handlage, Robotik-Lage (als automatisiertes Band- oder Fasergelege), Preforms oder geschlossenes Pressformen?

Jeder Material- und Prozesspfad (M&P) bringt spannende Möglichkeiten. Keramik-Matrix-Composites ermöglichen den Ersatz von Metallen in Hochtemperaturanwendungen. Thermoplaste gewinnen viel Interesse durch ihre Recyclingfähigkeit, Schweißbarkeit, schnelle Verarbeitung und insgesamt einfache Materialhandhabung. Sie bleiben bei Raumtemperatur stabil und sind weniger anfällig für Umwelteinflüsse am Arbeitsplatz als Duroplaste. Trockene Gewebe geben Herstellern Freiheit von Kühllagerung und eröffnen zusätzliche Verarbeitungsoptionen. Und natürlich bieten Duroplaste weiterhin eine bewährte Lösung für hochwertige, konsistente Bauteilformung – mit etablierten Kosten und bewährter Skalierbarkeit.

Kernkompetenzen nutzen

Man könnte argumentieren, dass exzellente Ausführung ebenso wichtig ist wie der gewählte M&P-Pfad. Schließlich nützt es nichts, Zykluszeit durch eine Out-of-Autoclave (OOA)-Lösung zu sparen, wenn eine Lage fehlt oder in falscher Reihenfolge gelegt wird und der gesamte Fertigungsprozess neu gestartet werden muss. Wenn jeder Lieferkettenpartner sich auf seine spezialisierte Rolle und Kernkompetenzen konzentrieren kann, mit Verständnis dafür, wie diese Rolle das Endproduktziel erreicht, gewinnen alle.

Ein effektiver Formatierungspartner sollte beispielsweise in der Lage sein, verschiedene Materialien maßgeschneidert an die Anforderungen des Flugzeugherstellers oder gestuften Lieferanten zu liefern – mit besserer Qualität, höherer Geschwindigkeit und niedrigerem TCA als im eigenen Haus erreichbar. Heute umfasst dies oft Schlitzen, Spulen, Messerschneiden, Wasserstrahlschneiden, Bearbeiten, Hacken, Preform-Lagenstapeln oder Kitting von Materialien in Formaten, die für nachgelagerte automatisierte, teilautomatisierte oder manuelle Fertigungsprozesse bereit sind.

Ein Outsource-Fertigungspartner kann OEMs auch helfen, mit verschiedenen M&P-Optionen zu experimentieren, bevor auf eine Hochvolumen-Massenproduktionslösung skaliert wird. Mit einer robusten, ausgelagerten Formatierungsinfrastruktur haben Flugzeughersteller Zugang zum fertigungstechnischen Äquivalent einer Fitnessstudio-Mitgliedschaft, um Theorien zu „trainieren“, was nicht den Erwartungen entspricht auszusortieren und das Funktionierende hochzufahren – bei einem Bruchteil der Kosten und des Aufwands, ein eigenes „Fitnessstudio“ oder Testzentrum aufzubauen.

OEMs und gestufte Lieferanten haben die Möglichkeit, das Informationsmanagement ihrer Materialien an Formatierungspartner auszulagern. Solches Management umfasst prädiktive Analysen für Vendor-Managed-Inventory-Programme, automatisiertes Prepreg-Out-Time-Tracking und Management von Materialtest- und Qualifikationsdaten.

Durch Investitionen in Ausrüstung, Technologien und Mitarbeiter, die diesen Fähigkeiten gewidmet sind, entlasten Materialformatierer ihre Lieferkettenpartner von diesen Verantwortlichkeiten, sodass diese sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren können. Und wenn die Innovatoren von Flugzeugdesign und -montage sich genau darauf fokussieren können, ist der Himmel die Grenze für die nächsten Luftfahrtgenerationen!

Über die Autoren

Michael Quarrey ist Vice President Aerospace Operations bei Web Industries. Er hat über 30 Jahre Managementerfahrung mit Fokus auf hochengagierte, leistungsstarke Teams. Quarrey hält einen M.S. in System Dynamics vom Dartmouth College und einen B.S. in Informatik vom Worcester Polytechnic Institute. Er ist erreichbar unter mquarrey@webindustries.com.

Ben Winters ist General Manager für Web Industries Inc. – CAD Cut Services und hat über 25 Jahre Erfahrung in der Arbeit mit Luftfahrtkunden. Web Industries ist ein Präzisionsformatierer von Kohlefaser-Composites und anderen Materialien für die Luftfahrtfertigung. Winters und das Web-Team engagieren sich früh in der Produktentwicklung mit OEMs und gestuften Lieferanten, um Formatierungslösungen zu entwickeln, die für den Kundensmix aus Materialien, Maschinen und Fertigungsprozessen optimiert sind. Er ist erreichbar unter bwinters@webindustries.com.