Fertigungstechnik im Flugzeugbau (Referate)

Vorteile:
• Reduziert die Lagerbestände
• Verringert die Kapitalbindung
• Verkürzt die Durchlaufzeiten
• Lieferbereitschaft erhöhen

Nachteile:
• Notwendigkeit einer hohen Disziplin aller Beteiligten
• Das Einrichten der Maschinen dauert lange und die Anlaufverluste (Ausschuss) sind hoch

• Wird das entsprechende Teil in einer Produktionsstufe verbraucht, dient der Kanban als Bestellkarte, mit der die vorgelagerte Produktionsstufe zur erneuten Herstellung dieses Teils veranlasst wird.

‐>Das Kanban‐System beruht auf dem „Pull‐Prinzip“, Nur wenn eine Produktionsstufe „Nachfrage” entfaltet, wird auf der vorgelagerten Stufe produziert.

• Für das neu produzierte Teil dient der Kanban wieder als Identifikationskarte.

• Kai=Veränderung, Zen=gut
• Aus Japan stammende Arbeits‐ und Lebensphilosophie
• Hauptziel: Stetige Verbesserung der Arbeits‐ und Umweltbedingungen
• In der westlichen Wirtschaft: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess(KVP) bzw. Continuous Improvement Process(CIP)
• Qualitätsbezogener Baustein in der Lean Production

• Korrosions‐/(Heiß)Oxidationsschutz
• Verschleißschutzschichten
• Abrieb, Schwingreibverschleiß, Dichtungsbeläge, Erosionsschutzschichten
• Wärmedämmschichten (WDS)

Autogene Energiequelle:

• Flammspritzen
• Hochgeschwindigkeits‐Flammspritzen (HVOF)

Elektrische Energiequelle

• Atmosphärisches Plasmaspritzen (APS)

Sonderverfahren

• Laserspritzen
• Kaltgassprizen

Trennen

• Nicht spanendes Bearbeitungsverfahren
• Bohrungen ab 40 um realisierbar
• Sehr geringe Wärmebelastung

• Einzelpulsbohren
  - Durchbohren nur mit einem Puls
  - Nur geringe Materialstärken
• Perkussionsbohren
  - Bohren mit mehreren Pulsen
  - Tiefere Bohrungen
  - Konizität möglich
  - Harte Werkstoffe bearbeitbar
  - Hohe geometrische Qualität
  - Lange Prozessdauer
• Trepanieren
  - Vorbohren durch Perkussionsbohren
  - Danach Aufweiten der Bohrung
  - Bessere Oberflächenqualität & Reproduzierbarkeit
  - Komplexere Geometrien
  - Mögliche Rückwandschädigung
• Wendelbohren
  - Spiralförmiger Materialabtrag
  - Präzise
  - Konizität möglich

VORTEILE

• Herstellung von kleinsten Bohrungen
• Keine Kraftaufbringung
• Geringe Temperaturbelastung
• Kein Kühlmittel nötig
• Bohren an schwer zugänglichen Stellen
• Gut automatisierbar

Nachteile

• Hohe Investitionskosten
• Schlechter Wirkungsgrad
• Mikrorisse können auf der Oberfläche entstehen
• Rückwandschädigung muss verhindert werden

• Basiert auf der anodischen Metallauflösung während der Elektrolyse
• Elektrolyse: Übertragene Elektronen erzwingen Redoxreaktion; Oxidation an der Anode; Reduktion an der Kathode
• Das Elektrolyt hat die Aufgabe Elektronen zu übertragen und dient zum
  forttragen und auch binden des Abgeschiedenen Materials
  (Natriumnitrat oder Natriumhydroxid)

Bearbeitung von:

•  hochlegierten Werkstoffen (z.B. Nickellegierungen, Titanlegierungen)
• gehärteten Werkstoffen

• sehr geringer Werkzeugverschleiß
• kein nachträglicher Entgratungs‐ oder Polieraufwand
• hohe Oberflächenqualität ‐ Oberflächengüte (max. Ra 0,02 μm)
• keine thermische und mechanische Beeinflussung der Bauteile und damit keine Veränderungen der Werkstoffeigenschaften, kein Ansatz für Mikrorissbildung
• Härte, Zähigkeit und magnetische Eigenschaften werden nicht verändert
• Herstellung kleiner und dünnwandiger Konturen
• präzise Bearbeitung und sehr hohe Wiederholgenauigkeit der Oberflächenstrukturierung
• hohe Geschwindigkeit (max. 0,02 ‐ 0,6 mm pro min.)

• Pressschweißverfahren
• Werkstücke werden durch eine rotatorische Relativbewegung und unter Druck miteinander verbunden

Vorteil:

• Verbindung von unterschiedlichen Werkstoffen
• Hohe Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit
• Hohe Festigkeit
• Nickellegierungen sind Mikrorissfrei
• Hoher Automatisierungsgrad

Nachteile:

• Geringe Kriechfestigkeit

Volumenverhältnis von Faseranteil zu Matrixanteil.
Je höher der Faseranteil, desto fester aber auch spröder ist der Faserverbundwerkstoff

• Duromere
  - nicht schmelzbar
  - als Harz flüssig bei RT
  - "Aushärten" ohne oder mit Wärmezufuhr unter zumischen von Härtern (-> Chem. Reaktin, Vernetzung zu Polymer)
  - Nach Vernetzung nicht mehr plastisch Umformbar
  Epoxydharz, Phenolharz
• Plastomere
  - beliebig oft schmelzbar
  - Zäh/ Hart bei RT
  - Erstarren wärend der Abkühlung (->Physikalische Reaktion)
  PVC, Polystyrol, Polyethylen

Vorteile:

• Verwendung von einfachen und kostengünstigen Werkzeugen
• Geringe Investitionskosten
• Bauteile mit komplexer Geometrie herstellbar

Nachteile:

• Hohe Lohnkosten
• Schwankende bauteilqualität
• Schlechte Reproduzierbarkeit
• Relativ geringer Faservolumengehalt erreichba (~40%)

Vorteile:

• Konstante Bauqualität
• Hohe Reproduzierbarkeit
• Hoher Faservolumengehalt (~60&)
• Bauteile mit komplexer Geometrie herstellbar

Nachteile:

• Hohe Lohnkosten (bei manueller Prepregablage)
• Sehr hohe investitionskosten

Strangziehverfahren oder pultrudieren

Vorteile

• Hoher Automatisierungsgrad, Begünstigung einer wirtschaftlichen Fertigung
• Großserientauglichkeit
• Vergleichsweise günstig
• Erreichbarkeit eines hohen Faservolumengehalts (bis zu 65%)
• Mitlerweile auch gekrümmte Profile möglich

Nachteile:

• Nur Profile Herstellbar
• Härteprozess stellt herausforderung dar
• große Anlagenstellfläche

mit einem Formwerkzeug - Vakuuminfusion

mit zwei Formwerkzeugen - RTM

Vorteile:

• Komplexe Geometrien möglich
• Hoher Faservolumengehalt möglich
• Hohe Oberflächenqualität beider Bauteilseiten
• Hoher Automatisierungsgrad möglich

Nachteile

• Notwendigkeit spezieller Harzsysteme
• Schwierigkeit der Harzflusssteuerung
• Meist große, schwere metallische Formwerkzeuge
• (Noch) keine Wirtschaftlichkeit für große Serien

• Körnige Stoffe werden miteinander verbunden und verdichtet.
• Die Körner / Pulverteilchen werden „zusammengebacken“, aber nicht aufgeschmolzen!
• Herstellung von Halbzeugen unter Umgehung der Flüssigphase, d.h. ohne Schmelze!

Unter dem Laserstrahl wird die Oberseite der Schmelze bis auf Verdampfungstemperatur aufgeheizt

Die Schmelze wird aufgrund einer Materialverdampfung bei zu hohen Energieüberschuss instabil

• Keine prozessbedingten Folgeverfahren erforderlich!
• Metallbauteile können spanend bearbeitet, erodiert, geschweißt und wärmebehandelt werden.
• Polieren bis zum Spiegelglanz ist möglich!

• Luft‐ und Raumfahrt
z.B. Boeing, Airbus, Heinkel Group
• Automobilhersteller
• Dentaltechnik (Zahnersatz, Implantate)
• Medizintechnik
• Maschinenbau
• Werkzeugmaschinenbau
• Werkzeugbau

• Edelstahl
• Werkzeugstahl
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Titan und Titanlegierungen
• Chrom‐Cobalt‐Molybdän‐Legierungen
• Bronzelegierungen
• Nickelbasislegierungen
• Kupferlegierungen
• Keramik
• Kunststoffe (Verfahren: Lasersintern)

Grund:

Versinterung aller Materialien, die mit Kunststoff ummantelt sind.

Prozess

1. Kunststoff wird versintert - Grünteil
2. Kunststoff ausgetrieben - Braunteil
3. Niederschmelzendes Material in die Hohlräume infiltriert

Pulverbettverfahren (3D-Printing)

Freiraumverfahren (Fused Deposition Modeling)

Flüssigmaterialverfahren (Stereolithographie, Digital Light Processing, Poly-jet Modeling)

Schichtverfahren (Laminated Object Manufacturing)

Vorteile:

• Genauestes Verfahren der generativen Fertigung
• Die Genauigkeit wird hauptsächlich über den Durchmesser des Lasers bestimmt.
• Die Schichtstärke ist ebenfalls die genauste mit Schichtstärken von bis zu 0,02 mm.

Nachteile:

• Nur photosensitive Materialien sind verwendbar (diese sind nach heutigem
Stand nur begrenzt haltbar)
• Mechanische sowie die thermische Belastbarkeit ist eingeschränkt.
• Häufig werden Stützstrukturen benötigt.
• Eine Nachbearbeitung durch UV Bestrahlung ist notwendig um das Material
vollständig auszuhärten.
• Hohe Schutzmaßnahmen für Personal sowie Räumlichkeiten sind aufzuwenden.

Vorteile:

• Dieses Verfahren liefert eine hohe Detailauflösung
• Die Drucker sind sehr kompakt und auch für den Eigenbedarf einsetzbar (kostengünstig)
• Es wird keine Nachbearbeitungszeit benötigt.

Nachteile:

• Das Material besitzt eine geringe thermische Stabilität
• Die mechanischen Eigenschaften sind ebenfalls schlechter als beispielsweise beim Lasersintern. -> geeignet für Rohlinge oder Prototypen.

Voteile:

• Es ist ein sehr präzises Verfahren mit einer möglichen Genauigkeit von bis zu 0,1 mm
• Eine Nachbelichtung ist bei diesem Verfahren nicht notwendig
• Es lassen sich Materialien mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften verarbeiten.
• Schutzmaßnahmen für die Arbeiter sind hierbei auf ein Minimum beschränkt

Nachteile:

• Nur photosensitive Materialien sind verwendbar (diese sind nach heutigem Stand nur begrenzt haltbar)
• Mechanische sowie die thermische Belastbarkeit ist eingeschränkt
• Häufig werden Stützstrukturen benötigt

• Kostenreduktion: keine Werkzeugkosten, weniger Montageaufwand und Qualitätsaufwand bei Fertigung von Systemkomponenten, Verringerung der Entwicklungszeit
• Leichtbau: hohe Festigkeitswerte bei reduziertem Gewicht führen zu geringerem Treibstoffverbrauch und mehr Platz für Design
• Unabhängigkeit von Zulieferern: Zuliefererteile können wirtschaftlich selbst produziert werden