Qualitätsüberlegungen für die Luft- und Raumfahrtfertigung

Hersteller, die mit Luft- und Raumfahrtkunden zusammenarbeiten, wissen, dass Teile, die für Luft- und Raumfahrtanwendungen hergestellt werden, strengen funktionalen und regulatorischen Anforderungen unterliegen. Luft- und Raumfahrtteile sind in der Regel nicht nur spezialisierter als Teile, die für Anwendungen in anderen Branchen entwickelt wurden; Sie sind auch eher geschäftskritisch, was bedeutet, dass ein Ausfall zum Verlust von Ausrüstung und potenziellen Schäden für Bediener, Passagiere oder Umstehende führen würde.

Ingenieure müssen sicherstellen, dass jedes produzierte Teil konsistent und zuverlässig den Anforderungen der Anwendung entspricht, was erfordert, dass die Komponenten strengen Standards, Tests und Inspektionen unterzogen werden, um die ordnungsgemäße Funktionalität zu überprüfen und sicherzustellen, dass der Sicherheit Priorität eingeräumt wird.

Luft- und Raumfahrtprojekte haben in der Regel höhere Budgets und längere Entwicklungszyklen, was in der Regel bedeutet, dass mehr anfängliche Planung erforderlich ist, um den endgültigen Erfolg des Projekts sicherzustellen. In diesem Artikel werden einige wichtige Design- und Konstruktionsüberlegungen für Luft- und Raumfahrtteile hervorgehoben, auf die Produktteams wahrscheinlich stoßen werden.

Regulatorische Anforderungen und Erwartungen an die Anbieterzertifizierung

Aufgrund der zahlreichen internationalen, bundesstaatlichen und branchenspezifischen Vorschriften, die festlegen, wie Teile hergestellt werden, arbeiten Luft- und Raumfahrtunternehmen im Allgemeinen ausschließlich mit Lieferanten und Herstellern zusammen, die über die entsprechenden Zertifizierungen verfügen.

Einer der am weitesten verbreiteten Standards für das Qualitätsmanagement in der Luft- und Raumfahrt ist AS9100, der universelle Definitionen und Erwartungen für das Qualitätsmanagement von Herstellern enthält, die Luft- und Raumfahrtteile entwerfen, produzieren und prüfen. Der Standard hat im Laufe der Jahre mehrere Versionen durchlaufen, die neueste war ASD9100D, die 2016 veröffentlicht wurde.

Hersteller, die nachweisen, dass sie ASD9100D einhalten, können auch die Einhaltung des breiteren ISO 9001-Standards nachweisen (den das AS9100-Qualitätsmanagementsystem in seiner Gesamtheit enthält). Hersteller müssen auch die ASA-100-Zertifizierung in Betracht ziehen, einen Standard, der dem FAA Advisory Circular 00-56 entspricht, der ein standardisiertes Qualitätssystem für Händler von zivilen Flugzeugteilen bietet.

Funktionale Anforderungen

Luft- und Raumfahrtteile erfordern eine einzigartige Kombination von Eigenschaften. Viele Komponenten müssen extrem stark und steif sein – Eigenschaften, die oft mit härteren, schwereren Materialien in Verbindung gebracht werden. Die Gewichtsreduzierung, wo immer möglich, ist jedoch für fast alle Fertigungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, was es Produktteams auch ermöglichen kann, Teile mit einzigartigen oder komplexen Geometrien zu konstruieren. Es ist üblich, dass Hersteller Iterationen von Design, Konstruktion und Tests durchlaufen, um sicherzustellen, dass das Teil ordnungsgemäß funktioniert und alle funktionalen Anforderungen erfüllt, während es gleichzeitig optimiert, so viel Gewicht wie möglich aus dem Teil zu entfernen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Additive Fertigungsverfahren bieten hier einen wesentlichen Vorteil, da sie die Herstellung von Bauteilen mit minimalem Materialeinsatz ermöglichen, der zur Erfüllung der funktionalen Anforderungen an ein Bauteil erforderlich ist.

Materialien

Der Bedarf an Teilen, die steif und stark, aber dennoch flexibel und leicht sind, hat dazu geführt, dass Luft- und Raumfahrtkomponenten aus Materialien wie Titan, Wolfram und Kohlefaser hergestellt werden. Viele dieser exotischen Materialien reagieren jedoch, wenn sie aufeinander treffen, was zu galvanischer Korrosion oder unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten führen kann. Additive Fertigungsmethoden bieten wiederum eine einzigartige Alternative, da die überwiegende Mehrheit der in diesen Prozessen verwendeten Materialien nicht reaktiv ist und ein breites Spektrum an Materialeigenschaften bei geringeren Dichten als die oben genannten Materialien bietet.

Kohlenstofffasern galten jahrzehntelang aufgrund ihrer Unverträglichkeit mit bestimmten Metallen, anisotropen Eigenschaften und ihrer einzigartigen Herstellungsweise als riskantes Material für den Einsatz in Luft- und Raumfahrtanwendungen. Mit der Ausreifung der Herstellungsmethoden und der Zunahme von Anwendungsfällen für hochoptimierte Geometrien und Materialeigenschaften nahm die Verwendung von Kohlenstofffasern in der Luft- und Raumfahrtindustrie stark zu.

Heutzutage findet man Kohlefaser häufig in vielen Luft- und Raumfahrtanwendungen. Ebenso hat sich die Technologie der additiven Fertigung in den letzten Jahren so stark verändert, dass es heute weit weniger Materialbeschränkungen für die Teile gibt, die mit additiven Mitteln hergestellt werden können.

Additiv gefertigte Teile verfolgen in Luft- und Raumfahrtanwendungen einen ähnlichen Weg und ermöglichen es Ingenieuren, Komponentengeometrien wie nie zuvor zu steuern und zu optimieren. Neben der Reduzierung des Komponentengewichts hat die Reife der additiven Fertigungstechnologie und der Prozesskontrolle es Ingenieuren ermöglicht, Komponenteneigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit mit der Präzision traditioneller Herstellungsmethoden zu optimieren.

Dadurch nehmen die Anwendungsfälle für additiv gefertigte Teile in Luft- und Raumfahrtanwendungen jedes Jahr drastisch zu, und aus diesem Grund kommt es immer häufiger vor, dass additiv gefertigte Teile die Rolle von Komponenten übernehmen, die einst traditionell in der Luft- und Raumfahrtindustrie hergestellt wurden.

Prüfkriterien

Während alle Teile getestet werden müssen, um ihre ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen, ist dies besonders wichtig für Luft- und Raumfahrtanwendungen, da viele der Komponenten kritische Teile sind. Viele dieser Teile erfordern spezifische mechanische Eigenschaften und sind der Schlüssel zur Gewährleistung der Sicherheit. Daher ist es ratsam, dass Produktteams ihre Testkriterien frühzeitig und detailliert definieren – bevor die Tests beginnen. Zu wissen, wie Erfolg aussieht, gibt Ingenieuren klare Benchmarks und ermöglicht es Designern, das Teiledesign effizient an diesem Ziel zu verfeinern.

Risikominderung

Kunden aus der Luft- und Raumfahrtindustrie werden wahrscheinlich auch Risikobewertungen sehen wollen. Aufgrund der hohen Anzahl kritischer Teile, die in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet werden, ist es wichtig, dass Produktteams darauf vertrauen können, dass ihre Teile zuverlässig sind und wenig bis gar kein Risiko für die menschliche Gesundheit und Sicherheit darstellen.

Durch die Verwendung gut definierter Risikoanalysemethoden wie der Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) können Ingenieure die verschiedenen Möglichkeiten ermitteln, auf die ein Teil versagen könnte, sowie die mit diesen Fehlern verbundenen Folgen, sodass Produktentwicklungsteams Risiken proaktiv mindern können. Dies hilft den Teams, die Kosten zu bestimmen, die sie zu tragen bereit sind, um sicherzustellen, dass bestimmte Fehler nie auftreten, was wiederum zu weiteren Designänderungen oder dem Einbau redundanter Systeme führen kann, um deren Auswirkungen zu mindern.

Luft- und Raumfahrt mit Additiv antreiben

Obwohl die additive Fertigung nicht für jede Anwendung die beste Option sein wird, hat sich die Technologie so weiterentwickelt und ausgereift, dass die Zahl der potenziellen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt jedes Jahr zunimmt. In vielen Fällen ermöglicht die additive Fertigung die gezielte Herstellung spezifischer oder komplexer Teile, um die strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie zu erfüllen.

Einige kritische Teile eignen sich offensichtlich besser für andere Fertigungsmethoden, aber die Geschwindigkeit und Flexibilität additiver Technologien bietet eine zunehmend wirtschaftliche Option. Letztendlich sollten Ingenieure und Produktentwicklungsteams vor Beginn der Produktion in eine solide Vorbereitung investieren, um sicherzustellen, dass ihre Luft- und Raumfahrtteile alle erforderlichen funktionalen und regulatorischen Anforderungen erfüllen, aus den idealen Materialien hergestellt und so konzipiert sind, dass Risiken minimiert werden.

Bei Fast Radius leben wir davon, Erwartungen zu übertreffen, und wir sind gut positioniert, um Produktteams bei der Navigation durch die vielen Überlegungen zu unterstützen, die bei jedem Produktentwicklungsprojekt eine Rolle spielen. Wir sind ein leidenschaftliches Team von Designern und Ingenieuren, die dauerhafte Geschäftspartnerschaften eingehen möchten, die die Grenzen dessen verschieben, was durch moderne Fertigung möglich ist. Unsere Luft- und Raumfahrtkunden legen bei uns nicht nur bei der Herstellung, sondern auch bei Design und technischer Beratung eine höhere Messlatte an. Kontaktieren Sie uns noch heute, um loszulegen.

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