Fertigungsbeispiel: Bohrschablone

In der Flugzeugmontage zählt Präzision

In der Flugzeugmontage zählt Präzision.

Damit verschiedene Einzelteile im Zusammenbau von Flugzeugen exakt miteinander verschraubt oder vernietet werden können, kommen sogenannte Bohrschablonen zum Einsatz. Sie stellen sicher, dass jedes Bohrloch an den Verbindungspunkten exakt und mechanisch fehlerfrei gesetzt wird, denn jeder noch so kleine Fehler ist an dieser Stelle hochriskant und extrem kostspielig. Nachdem diese Bohrschablonen kaum verschleißen, sind sie jahrzehntelang im Einsatz. Sie entsprechend deshalb oftmals nicht mehr den aktuellen, verschärften Ergonomievorschriften.

Aus diesem Grund beabsichtigte Ascent Aerospace eine schwere und unhandliche Bohrschablone zu optimieren. Die Schablone bestand aus mehreren massiven Aluminiumplatten, die konventionell gefräst und gefügt wurden. Eingesetzt wurde die Schablone, um Bohrungen für die Führungsschienen von Landeklappen an den Flügelholmen präzise zu setzen.

Ziel von Ascent Aerospace war es, diese Bohrschablone deutlich leichter und ergonomischer zu gestalten, damit die körperliche Belastung der Monteure beim Heben und Anbringen der Bohrhilfe verringert wird. Gleichzeitig sollte die Schablone einfacher in der Handhabung werden. Darüber hinaus musste die neue Montagehilfe nahtlos in den bestehenden Fertigungsprozess integrierbar und schnell verfügbar sein.

Als Spezialist für die Additive Fertigung brachte FIT die richtige Expertise für additiv gerechtes Design und Konstruktion mit und hatte mit dem Service „Rapid Tooling“ genau die richtige Lösung parat.

Präzision beginnt beim Design

Präzision beginnt beim Design

Im Rahmen einer Machbarkeitsprüfung zeigte sich zu Beginn des Projekts, dass sich die Außengeometrie der Bohrschablone zwar optimieren ließ, allerdings reichte das alleine nicht aus, um signifikant Gewicht einzusparen. Aus diesem Grund überarbeiteten wir die Konstruktion der Schablone im Rahmen eines ADM-E-Projekts vollständig.

Die neu designte Bohrschablone wurde einteilig und hohl konstruiert. Die von Ascent Aerospace geforderte Stabilität wurde durch geschwungene Partien, schräge Verbindungsflächen sowie perfekt senkrechte Lochpassungen erreicht, die als Verstrebung die Hohlwände miteinander verbinden. Außerdem achteten die Konstrukteure bei FIT penibel darauf, dass das neue Design mit möglichst wenig Material und weitgehend ohne Support kostenoptimiert additiv hergestellt werden kann.

Als zusätzliches Element wurden an den Ecken der neu konstruierten Bohrschablone Steckplätze für kleine Spiegel, sogenannte Targetholder integriert, durch die mittels einer Laseroptik der genaue Sitz der Bohrschablone überprüft wird.

Kontrollierte Präzision in der Herstellung

Kontrollierte Präzision in der Herstellung

Die Bohrschablone wurde bei FIT aus Aluminium (AlSi10Mg) mittels Laserschmelzen (LM bzw. PBF-LB/M) produziert. Das neue Design nutzte dabei den Bauraum des 3D-Druckers optimal aus, so dass es trotz seiner Größe einteilig gebaut werden konnte. Die Bohrschablone wurde anschließend gestrahlt und an den Funktionsflächen selektiv CNC-gefräst.

Um die Qualität der Montagehilfe vor, während und nach der Fertigung zu überwachen, wurden umfangreiche Qualitätssicherungsmaßnahmen durchgeführt. Mittels einer Pulveranalyse wurde die Materialqualität sichergestellt. Der Bauprozess wurde durch ein optisches System Schicht für Schicht überwacht. Dank Zugproben und Dichtewürfeln konnte die Stabilität des Bauprozesses und damit die Bauteilqualität nachgewiesen werden. Die Bohrschablone wurde nach der Produktion sichtgeprüft. Die Geometrie der Montagehilfe wurde durch einen optischen 3D-Scan überprüft. Abschließend wurden die mechanisch bearbeiteten Elemente der Schablone (Passungen, Auflageflächen etc.) taktil vermessen.

Das Ergebnis: Die Bohrschablone entsprach exakt den Vorgaben und konnte 30 Tage nach Projektstart von Ascent Aerospace getestet werden.

Die speziellen Prozess-Anforderungen

Die speziellen Prozess-Anforderungen

Die besondere Herausforderung in diesem Projekt bestand darin, ein bestehendes Werkzeug so zu optimieren, dass es seine Funktion und die damit verbundenen technischen Anforderungen mindestens so gut erfüllt wie die bisher konventionell gefertigte Bohrschablone. Daneben musste es jedoch deutlich ergonomischer sein und im Kostenrahmen liegen. Das ist FIT durch die radikale Optimierung der Konstruktion gelungen. Dadurch wurde es möglich,

  • das Gewicht der Bohrschablone von ursprünglich 8 kg auf 4,5 kg zu verringern, was einer Gewichtseinsparung von 45 % entspricht. Dadurch wurden die ergonomischen Vorgaben voll erfüllt.
  • die Bohrschablone einteilig und somit ohne jeden Montageaufwand herzustellen.
  • das Handling der Bohrschablone deutlich zu verbessern, denn die hohlen Griffe liegen aufgrund ihres Durchmessers und der für Arbeitshandschuhe berechneten Fingermulden sicher und angenehm in den Händen der Monteure.

Das von FIT erfolgreich durchgeführte Projekt hat bei Ascent Aerospace einen Generationswechsel für das Design und die Herstellung von Montagehilfen eingeleitet. In einem nächsten Schritt wird geprüft, ob ein Materialwechsel zu Kunststoff möglich ist, um die Herstellkosten noch weiter zu senken.

Sie haben in Ihrem Unternehmen ähnliche Herausforderungen und möchten Ihre Montagehilfen / Vorrichtungen optimieren? Dann freuen wir uns auf Ihre Kontaktaufnahme.


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Der Weg zu Ihrer Montagehilfe

Service

Inhalt

Ergebnis

Machbarkeitsprüfung
Wir besprechen mit Ihnen Ihre individuelle Ausgangssituation und Zielsetzung. Auf dieser Basis entwickeln wir für Sie eine Empfehlung für die Herstellung Ihrer Montagehilfe oder Vorrichtung.
Sie erhalten konkrete Handlungsempfehlungen für notwendige Anpassungen Ihrer Konstruktion sowie Angaben zu den Herstellkosten und -zeiten.
Werkzeugkonstruktion
Auf der Grundlage Ihrer Zeichnung oder Ihrer CAD-Daten konstruieren unsere Experten ein Werkzeug, das schnell und kostengünstig additiv hergestellt werden kann.

Sofern gewünscht, entwickeln wir Ihnen auch ein neues Design für Ihre Montagehilfe oder Vorrichtung.
Ein fertigungsgerechter Datensatz für den 3D-Druck ist erstellt.
Werkzeugherstellung
Wir fertigen das Werkzeug aus dem gewünschten Material mit dem passenden 3D-Druckverfahren (inkl. erforderlicher Nachbearbeitung), verpacken es transportsicher und senden es an den Ort Ihrer Wahl.
Sie haben eine einsatzfähig Montagehilfe oder Vorrichtung vorliegen.
Prozessbegleitende Qualitätssicherung
Wenn Sie es wünschen, führen wir eine produktionsbegleitende Qualitätsprüfung laut Ihren Spezifikationen durch.
Ihnen liegen die entsprechenden Qualitätsnachweise vor.

Fakten zur Bohrschablone

FIT Lösung:Rapid Tooling (Montagehilfen und Vorrichtungen)
Leistungsumfang:Designentwicklung und -simulation
Additive Fertigung und Nachbearbeitung
QS-Dokumentation (Materialprüfzeugnisse, Materialzertifikate, Messberichte)
Verpackung und Versand
Lieferzeit:30 Werktage
Bauteilabmessung:503 x 347 x 153,5 mm
Bauteilgewich:4,67 kg
Losgröße:1 Stück
Material:Aluminiumlegierung (AlSi10Mg)
Herstellverfahren:Strahlen
Selektives Fräsen an Bohrungen und Passungen
Qualitätssicherung:Sichtprüfung
3D-Scan der Geometrie
Vollständige taktile Vermessung der mechanisch bearbeiteten Bauteilelemente (Passungen, Auflageflächen etc.)
Zertifikat:ISO 9100

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Lars Langhans
Branchenspezialist
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