Qualitätssicherung in der Luft- und Raumfahrtfertigung: Wichtige Überlegungen

Hersteller, die mit Luft- und Raumfahrtkunden arbeiten, wissen, dass Teile für Luft- und Raumfahrtanwendungen strengen funktionalen und regulatorischen Anforderungen unterliegen. Luft- und Raumfahrtteile sind nicht nur tendenziell spezialisierter als Teile für Anwendungen in anderen Branchen; sie sind auch eher sicherheitskritisch, was bedeutet, dass ein Ausfall zum Verlust von Ausrüstung und potenzieller Gefährdung von Bedienern, Passagieren oder Unbeteiligten führen würde.

Ingenieure müssen sicherstellen, dass jedes produzierte Teil konsistent und zuverlässig den Anforderungen der Anwendung entspricht, was erfordert, dass Komponenten strengen Standards, Tests und Inspektionen unterzogen werden, um ordnungsgemäße Funktionalität zu verifizieren und Sicherheit zu priorisieren.

Luft- und Raumfahrtprojekte haben tendenziell höhere Budgets und längere Entwicklungszyklen, was typischerweise bedeutet, dass mehr initiale Planung involviert ist, um den ultimativen Erfolg des Projekts zu sichern. Dieser Artikel wird einige wichtige Design- und Engineering-Überlegungen für Luft- und Raumfahrtteile hervorheben, auf die Produktteams wahrscheinlich stoßen werden.

Regulatorische Anforderungen und Zertifizierungserwartungen für Lieferanten

Angesichts der Anzahl internationaler, bundesweiter und branchenspezifischer Vorschriften, die festlegen, wie Teile hergestellt werden, arbeiten Luft- und Raumfahrtunternehmen grundsätzlich ausschließlich mit Lieferanten und Herstellern zusammen, die über die richtigen Zertifizierungen verfügen.

Einer der am weitesten verbreiteten Qualitätsmanagementstandards in der Luft- und Raumfahrt ist AS9100, der universelle Definitionen und Erwartungen für das Qualitätsmanagement von Herstellern bereitstellt, die Luft- und Raumfahrtteile designen, produzieren und inspizieren. Der Standard hat im Laufe der Jahre mehrere Versionen durchlaufen, die jüngste ist ASD9100D, die 2016 veröffentlicht wurde.

Hersteller, die nachweisen, dass sie ASD9100D konform sind, können auch Konformität mit dem breiteren ISO 9001 Standard demonstrieren (den das AS9100 Qualitätsmanagementsystem in seiner Gesamtheit enthält). Hersteller müssen auch ASA-100 Zertifizierung berücksichtigen, einen Standard, der der FAA Advisory Circular 00-56 entspricht, der ein standardisiertes Qualitätsystem für Zivilluftfahrt-Teileverteiler bereitstellt.

Funktionale Anforderungen

Luft- und Raumfahrtteile erfordern eine einzigartige Mischung von Eigenschaften. Viele Komponenten müssen extrem fest und steif sein – Eigenschaften, die oft mit härteren, schwereren Materialien assoziiert werden. Allerdings ist die Gewichtsreduzierung, wo immer möglich, für nahezu alle Luft- und Raumfahrtanwendungen kritisch, was auch Produktteams ermöglicht, Teile mit einzigartigen oder komplexen Geometrien zu designen. Es ist üblich, dass Hersteller Iterationen von Design, Engineering und Testing durchlaufen, um sicherzustellen, dass das Teil ordnungsgemäß funktioniert, alle funktionalen Anforderungen erfüllt, während gleichzeitig so viel Gewicht wie möglich vom Teil entfernt wird, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Additive Fertigungsmethoden bieten hier einen signifikanten Vorteil, da sie die Produktion von Teilen mit der minimalen Materialmenge ermöglichen, die notwendig ist, um die funktionalen Anforderungen einer Komponente zu erfüllen.

Materialien

Der Bedarf an Teilen, die steif und fest, aber gleichzeitig flexibel und leicht sind, hat zur Fertigung von Luft- und Raumfahrtkomponenten mit Materialien wie Titan, Wolfram und Kohlefaser geführt. Viele dieser exotischen Materialien reagieren jedoch, wenn sie aufeinander treffen, was zu Kontaktkorrosion oder Differenzen bei den thermischen Ausdehnungskoeffizienten führen kann. Additive Fertigungsmethoden bieten hier wieder eine einzigartige Alternative, da die große Mehrheit der in diesen Prozessen verwendeten Materialien nicht reaktiv ist und ein breites Spektrum an Materialeigenschaften bei geringeren Dichten als den genannten Materialien bietet.

Jahrzehntelang wurde Kohlefaser als riskantes Material für Luft- und Raumfahrtanwendungen angesehen aufgrund ihrer Inkompatibilität mit bestimmten Metallen, anisotroper Eigenschaften und ihrer einzigartigen Herstellungsweise. Als die Herstellungsmethoden reiften und Anwendungsfälle für hochoptimierte Geometrien und Materialeigenschaften zunahmen, nahm der Einsatz von Kohlefaser in der Luft- und Raumfahrtindustrie stark zu.

Heute findet sich Kohlefaser in vielen Luft- und Raumfahrtanwendungen. Ähnlich hat sich die in der additiven Fertigung verwendete Technologie in den letzten Jahren so drastisch verändert, dass es jetzt weit weniger Materialrestriktionen für Teile gibt, die durch additive Mittel hergestellt werden können.

Additiv gefertigte Teile folgen einer ähnlichen Trajektorie in Luft- und Raumfahrtanwendungen und ermöglichen Ingenieuren, Komponentengeometrien wie nie zuvor zu kontrollieren und zu optimieren. Zusätzlich zur Komponentengewichtsreduzierung hat die Reife der additiven Fertigungstechnologie und Prozesskontrolle Ingenieuren ermöglicht, Komponenteneigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit mit der Präzision traditioneller Fertigungsmethoden zu optimieren.

Dies erhöht die Anwendungsfälle für additiv gefertigte Teile innerhalb von Luft- und Raumfahrtanwendungen jedes Jahr drastisch, und deshalb ist es zunehmend üblich, additiv gefertigte Teile in den Rollen von Komponenten zu sehen, die einst traditionell in der Luft- und Raumfahrtindustrie gefertigt wurden.

Testkriterien

Während alle Teile getestet werden müssen, um ihre ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten, ist dies besonders wichtig für Luft- und Raumfahrtanwendungen, da viele der Komponenten kritische Teile sind. Viele dieser Teile erfordern spezifische mechanische Eigenschaften und sind entscheidend für die Sicherheit, daher ist es ratsam für Produktteams, ihre Testkriterien früh und detailliert zu definieren – bevor das Testing beginnt. Zu wissen, wie Erfolg aussieht, gibt Ingenieuren klare Benchmarks und ermöglicht Designern, das Teiledesign effizient gegen dieses Ziel zu verfeinern.

Risikominderung

Luft- und Raumfahrtkunden werden wahrscheinlich auch Risikobewertungen sehen wollen. Aufgrund der hohen Anzahl kritischer Teile in Luft- und Raumfahrtanwendungen ist es vital, dass Produktteams sich sicher fühlen, dass ihre Teile zuverlässig sind und wenig bis kein Risiko für menschliche Gesundheit und Sicherheit darstellen.

Durch den Einsatz gut definierter Risikoanalysemethodologien wie Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) können Ingenieure die verschiedenen Arten bestimmen, in denen ein Teil versagen könnte, sowie die damit verbundenen Konsequenzen, sodass Produktentwicklungsteams Risiken proaktiv mindern können. Dies hilft Teams, die Kosten zu bestimmen, die sie bereit sind zu tragen, um sicherzustellen, dass bestimmte Ausfälle nie eintreten, was wiederum zu weiteren Designänderungen oder dem Einbau redundanter Systeme zur Minderung ihrer Auswirkungen führen kann.

Luft- und Raumfahrt mit additiver Fertigung antreiben

Während additive Fertigung nicht für jede Anwendung die beste Option sein wird, hat die Technologie sich so weit weiterentwickelt und gereift, dass die Anzahl der potenziellen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt jedes Jahr zunimmt. In vielen Fällen ermöglicht additive Fertigung, spezifische oder komplexe Teile in zielgerichteter Weise herzustellen, um die strengen Anforderungen innerhalb der Luft- und Raumfahrtindustrie zu erfüllen.

Einige kritische Teile werden offensichtlich besser für andere Fertigungsmethoden geeignet sein, aber die Geschwindigkeit und Flexibilität additiver Technologien präsentiert eine zunehmend ökonomische Option. Letztlich sollten Ingenieure und Produktentwicklungsteams in robuste Vorbereitung investieren, bevor sie die Produktion starten, um sicherzustellen, dass ihre Luft- und Raumfahrtteile alle notwendigen funktionalen und regulatorischen Anforderungen erfüllen, mit den idealen Materialien gefertigt sind und darauf ausgelegt sind, Risiken zu mindern.

Bei Fast Radius übertreffen wir Erwartungen gerne, und wir sind gut positioniert, um Produktteams bei der Navigation der vielen Überlegungen zu helfen, die in jedem Produktentwicklungsprojekt eine Rolle spielen. Wir sind ein leidenschaftliches Team aus Designern und Ingenieuren, das bestrebt ist, dauerhafte Geschäftspartnerschaften zu schaffen, die die Grenzen des Möglichen durch moderne Fertigung verschieben. Unsere Luft- und Raumfahrtkunden halten uns nicht nur in der Fertigung, sondern auch in Design- und Engineering-Beratung an einen höheren Standard. Kontaktieren Sie uns noch heute, um zu starten.

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