STELIA Aerospace: Frankreichs führendes Aerostrukturen-Werk in Méaulte

Ein Schwergewicht der Luftfahrtindustrie

Mit 7.000 Mitarbeitern weltweit und einem Umsatz von 2,2 Milliarden Euro im Jahr 2018 positioniert sich STELIA Aerospace (Toulouse, Frankreich) klar: Platz 1 in Europa / Platz 3 weltweit bei Aerostrukturen, Platz 1 weltweit bei Pilotensitzen und Crew-Sitzen sowie Platz 3 bei First- und Business-Class-Passagiersitzen.

Der Einsatz von Verbundwerkstoffen erstreckt sich auf vordere Rumpfsektionen des Airbus A350, Tragflächen für ATR-Turboprop-Flugzeuge, diverse Hubschrauberstrukturen und Sitzprodukte wie den neuen OPAL-Sitz. Produktionsstandorte für Verbundwerkstoffe umfassen die französischen Werke Méaulte (große Rumpfsektionen) und Salaunes (kleinere Verbundbauteile), Detailfertigung und Montage in Marokko und Tunesien sowie ein breites Spektrum an Verbundteilen für Luftfahrt, Verteidigung und Raumfahrt am ehemaligen Composites Atlantic Standort in Lunenburg, Nova Scotia, Kanada.

Entstehung und Bedeutung des Standorts Méaulte

STELIA Aerospace entstand 2015 durch die Fusion der beiden Airbus-Tochtergesellschaften Aerolia und Sogerma. Der Standort Méaulte – eine 1,5-stündige Fahrt nördlich von Paris – erstreckt sich über 49 Hektar mit 150.000 m² Produktionsfläche, 1.500 Mitarbeitern und 500 Subunternehmern und ist ein zentraler Bestandteil der Airbus-Lieferkette. Die Kleinstadt-Lage täuscht über eine Produktionsmacht hinweg: „2018 lieferten wir 860 Nasenrumpfsektionen für A320, A330, A350, A380 und A400M“, sagt STELIA Méaulte Kommunikationsleiter François Fournier. Er führt durch die „Factory of the Future“-A350-Nasenrumpfproduktion und das STELIALAB F&E-Zentrum, begleitet von Olivier Canal, Leiter F&E Fertigung, Montage & Automatisierung, Verbundwerkstoffe & Digital Factory, und Simon Maire-Vigeur, Leiter F&E Verbundwerkstofffertigung, STELIALAB.

„Factory of the Future“

Bei einer einführenden Präsentation im Hauptgebäude erklärt Fournier, dass STELIA in Zukunftstechnologien wie digitale Fertigung und Automatisierung investiert, darunter Augmented Reality/Virtual Reality zur Effizienzsteigerung sowie Roboter/Cobots für effizientere Montage.

„Die Zukunft sind Verbundwerkstoffe und metallische Strukturen“, betont Canal. „Wir definieren zukünftige Lösungen nicht, um unsere Mitarbeiter zu ersetzen, sondern um sie effizienter zu machen.“

Dieser Effizienzanspruch spiegelt sich in der vor fünf Jahren gestarteten „Factory of the Future“-Initiative wider, um Produktionssteigerungen bei A320 und A350 zu bewältigen. „Wir haben eine neue Industriestrategie für diesen Standort verfolgt“, erinnert sich Canal, der als Projektleiter fungierte. „Wir wollten variable Produktionsraten bedienen und entwickelten flexible Werkzeuge, die wir von einem Programm auf ein anderes umrüsten können.“

Ein weiteres Ergebnis war die Widmung von Gebäuden für spezifische Programme. „Jedes hätte eine Linie und ein Team“, so Canal, „und wäre nach Lean-Prinzipien gestaltet, die Verschwendung bei Arbeit, Bewegung, Material und Prozess eliminieren.“ Auch die A320-Linie wurde neu gestaltet, was eine Produktivitätssteigerung von 10–20 % brachte – „eigentlich eine signifikante Verbesserung“, so Canal. „Wir erreichten dies in 2,5 Jahren, wobei wir mehr als 50 % des Fertigungs-Footprints veränderten, während Produktion und 100 % termingerechte Lieferung ohne Qualitätsverlust aufrechterhalten wurden.“ Diesen Erfolg führt er auf Management-Unterstützung und Mitarbeiter-Eigenverantwortung zurück.

Canal erläutert, dass das Design des 30.000 m² großen A350-Produktionsgebäudes vom Materialfluss diktiert wurde, erkennbar an der U-Form: Rohmaterialien gehen an einem Ende ein, fertige Rumpfsektionen verlassen das Gebäude am anderen. „Alles für unsere A350-Strukturfertigung ist in diesem Gebäude, vom initialen Laminieren bis zur Endmontage. Das ist wichtig, um Qualitätsprobleme schnell zu erkennen und zu beheben.“

Für den A350 fertigt STELIA die Nasenrumpfsektion 11 (ganz aus Metall für bessere Vogelschlagfestigkeit), die komplexe Metall/Verbund-Hybridbaugruppe für Sektion 12 sowie die Sektion 11/12 Unterbaugruppe mit dem Bugfahrwerkschacht. Fournier zeigt das „Factory of the Future“-Video und weist auf die getaktete Linie hin, ähnlich der Automobilmontage. „Wir richteten eine Demolinie ein, damit Mitarbeiter das bewegte Band trainieren und entmystifizieren können, das mit einem spezifischen Taktzeit für Volllastproduktion arbeitet.“

Ein weiterer Aspekt war Digitaltechnik. „Digitale Lösungen ermöglichten es, alle technischen Schemata und Schritte auf einem Tablet bereitzustellen und Zugriff auf das aktuelle 3D-Modell für jede Sektion zu gewährleisten“, sagt Canal. Mitarbeiter werden so über entscheidende Details und Änderungen informiert, Manager über potenzielle Probleme benachrichtigt. „Wir entwickelten auch Augmented Reality zur Montageunterstützung, z. B. Projektion auf Rumpfschalen, die zeigt, welche Teile wo angebracht werden“, ergänzt Canal. Inspektions-Cobots führen 3D-Scans fertiger Sektionen durch, die mit dem digitalen Mockup verglichen werden, um Fremdkörper, fehlende Teile oder Qualitätsmängel zu identifizieren.

Der Rundgang begann im Reinraum des A350-Produktionsgebäudes, wo Coriolis (Quimper, Frankreich) AFP-Anlagen (Automated Fiber Placement) große CFRP-Rumpfschalen für die Sektion 11/12 Unterbaugruppe sowie Kronen- und Seitenschalen für Sektion 12 ablegen. Diese Schalen werden mit vorgefertigten Stringern verbunden, vakuumbaggt und im Autoklav ausgehärtet. Nach dem Aushärten werden sie getrimmt und auf Handhabungswerkzeuge geladen, die den einfachen Transport durch alle Montageschritte ermöglichen, einschließlich robotergestütztem Bohren und Nietinstallation. Jedes Panel wird mittels automatisierter zerstörungsfreier Prüfung (NDT) inspiziert. Fertige Baugruppen werden zur Airbus-Rumpfmontagelinie in Saint-Nazaire geliefert.

STELIALAB

Nächste Station ist das 2.000 m² große STELIALAB F&E-Zentrum, das die linke Hälfte von IndustriLAB einnimmt, einem regionalen Technologie- und Schulungszentrum südlich des STELIA-Geländes. STELIALAB-Aktivitäten widmen sich Verbundwerkstoffen, Montage und Digitaltechnologien.

Die Tour startet wieder im salle blanche (Reinraum), einem großen offenen Raum mit Bagging-Material und Laminierwerkzeugen. Simon Maire-Vigeur erklärt, die Mission der Gruppe sei die Identifikation zukünftiger Lösungen für kostengünstige, hochvolumige Produktion vor allem großer und komplexer Teile. Die Industrialisierung von Duroplast-Verbundwerkstoffen umfasse Hochgeschwindigkeits-AFP und Flüssigharzinfusion (LRI), einschließlich Resin Transfer Molding (RTM), für große, geschlossene Kastenstrukturen wie Tragflächenkomponenten, horizontale und vertikale Leitwerke.

Verlässt man den Reinraum, betritt man den AFP-Raum mit einer Coriolis-Maschine, die Bauteile bis 4 Meter Länge ablegen kann. Für F&E reserviert, ist sie über 200 Tage pro Jahr ausgelastet. STELIALAB hat ein Verfahren entwickelt, AFP-hergestellte trockene Stege und Decklagen außerhalb des Autoklavs (OOA) mit Ofen oder selbsterhitzten Werkzeugen zu konsolidieren. „Wir bevorzugen LRI mit niedrigerem Injektionsdruck, da wir günstigere Werkzeuge nutzen können“, so Maire-Vigeur.

TPC-Roadmap

Diese AFP-Maschine wurde auch für den Aufbau der Außenhaut des rein thermoplastischen (TPC) Hubschrauber-Rumpf/Heckausleger-Demonstrators im Rahmen des ARCHES TP-Entwicklungsprogramms genutzt. Vorgestellt auf der Paris Air Show 2017 und JEC World 2018/2019, wurde er mit 8 Bändern à 0,25 Zoll Carbonfaser/Polyetherketonketon (PEKK) und Laserheizung gefertigt. „Wir integrierten den Blitzschutz während des AFP-Ablegens“, bemerkt Maire-Vigeur. „Die Haut wurde OOA mit Kapton-Bagging-Folie ausgehärtet, was eigentlich nicht sehr praktisch ist.“ Omega-förmige Stringer wurden aus gekauften UD-Band-Flachplatten gefertigt, die von Aviacomp (Toulouse) stampfgeformt wurden. Derselbe Prozess galt für Rähmen, jedoch mit Gewebematerial von Porcher (Badinières) und Stampfen bei Cetim (Nantes). Während Rähmen konventionell mechanisch befestigt wurden, wurden Stringer mittels automatisiertem, dynamischem Induktionsschweißen angebracht. „Das ermöglicht geringere Kosten und neue Designmöglichkeiten“, so Maire-Vigeur. „Wir demonstrierten auch Overmolding für Befestigungspunkte, z. B. für Kabelbäume.“

Auf die Frage nach Herausforderungen nennt Maire-Vigeur die Laminierprozesse, das Schweißen und den 15-monatigen Zeitrahmen. „Selbst das Stampfen ohne zu große Verzug im Gewebematerial war nicht einfach.“ Obwohl das Heckausleger-Design vom STELIA-Designbüro in Toulouse stammte, wurde die gesamte Produktion von STELIALAB überwacht. ARCHES TP war jedoch nur ein Schritt in STELIAs Thermoplast-Composite-Roadmap. Das Unternehmen entwickelt TPC-Technologien weiter, um die Machbarkeit eines vollskaligen TPC-Rumpfs in den kommenden Jahren zu demonstrieren.

Neu denken bei zukünftigen Aerostrukturen

Verlässt man den AFP-Raum, führt die Tour durch eine sehr große, offene Halle, die durch temporäre Wände in sichere „Entwicklungszellen“ zum Schutz geistigen Eigentums unterteilt ist. Nach Überquerung der Halle und Linksabbiegung erreicht man einen Bereich mit einem kleinen Scholz-Autoklav (Coesfeld, Deutschland) für 450 °C und einer Injektionsmaschine für Harzinfusion. „Da unsere Roadmap auf OOA-Aushärtung abzielt, nutzen wir den Autoklav wie einen Ofen, um Thermoplast-Verbundwerkstoffe ohne Druck auszuhärten“, erklärt Maire-Vigeur. Es gibt einen abgetrennten Trimmraum und daneben einen Bereich mit NDT-Geräten, einschließlich einem kleinen C-Scan-System.

Man dreht sich erneut und betritt ein großes Testlabor. „Wir können polierte Querschnitte für Qualitätskontrolle und Material- und Prozessuntersuchungen untersuchen“, sagt Maire-Vigeur. Das Labor verfügt über einen Romer-Arm (Hexagon Manufacturing Intelligence, Shropshire, UK) für Koordinatenmessung sowie Geräte für Faser-Volumenanteil, Härte- und Chemietests. „Alle Ingenieure unseres F&E-Teams können ihre eigene Material- und Prozesskontrolle durchführen“, betont Maire-Vigeur. „Wir schulen sie, um von Design über Fertigung bis zur Inspektion und Prüfung endgültiger Teile den gesamten Prozess zu beherrschen. Das ist wichtig, um den ganzen Prozess zu verstehen und schnelle Bewertung vermuteter Probleme und Ursachen zu ermöglichen. Design ist nicht von Fertigung und Qualitätsprüfung getrennt.“

Letzte Station ist ein großes Automatisierungslabor in einem der abgetrennten Bereiche. Ein kurzer Blick zeigt Arbeiten zur neuen Montage mit Robotern und Cobots. „Wir schauen uns die Weiterentwicklung kleinerer, funktionalerer Werkzeuge an und versuchen vorzustellen, wie man Teile schneller und kostengünstiger zusammenfügen kann“, sagt Canal. „Unsere Kultur ist das Verschieben von Grenzen und das Betreten neuen Terrains. Wir waren Vorreiter bei Robotik und sind nun Vorreiter bei Verbundwerkstofftechnologie. Wir haben unsere Fähigkeit bewiesen, die Zukunft neu zu denken und neu zu gestalten, und wir werden nie aufhören.“

Mit der kommerziellen Luftfahrt, die sich in den nächsten 20 Jahren voraussichtlich verdoppeln wird, erfordert die Deckung der Nachfrage nach Passagier- und Frachtflugzeugen neue Technologien und beispiellose Fertigungsraten.

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