Kundenspezifischer Spritzguss für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Spritzgusskomponenten für die Luft- und Raumfahrt

Standard-Spritzgießen ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen in großen Stückzahlen. Dabei wird geschmolzener Kunststoff unter hohem Druck in einen Formhohlraum eingespritzt, wo er aushärtet und das Teil präzise formt. Anschließend kühlt das Material ab und nimmt die Form der Form an. Beim Spritzgießen in der Luft- und Raumfahrtindustrie gelten strenge Anforderungen, um die hohen Präzisions- und Toleranzvorgaben der Branche zu erfüllen. 

Beim Spritzgießen in der Luft- und Raumfahrt werden hauptsächlich Kunststoffe verwendet; daher spricht man von Kunststoffspritzgießen. Auch das Metallspritzgießen (MIM) findet in der Luft- und Raumfahrt Anwendung; dabei werden Metallpulver und Bindemittel eingesetzt.

Spritzgießen ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie für die Serienfertigung von Bauteilen unerlässlich, da die Einzelbearbeitung jedes Teils zeitaufwändig und kostspielig ist. Zudem verwendet die Luft- und Raumfahrtindustrie spezielle Hochleistungskunststoffe und Verbundwerkstoffe, wodurch das Spritzgießen zum bevorzugten Fertigungsverfahren für Kunststoffkomponenten in der Luft- und Raumfahrt geworden ist.

Warum ist das Spritzgießen von Kunststoffen in der Luft- und Raumfahrt anders?

Präzisionsstahl-Formhohlraum

Das Spritzgießen in der Luft- und Raumfahrt unterscheidet sich vom Standard-Spritzgießen durch die strengen Anforderungen, die es erfüllen muss. Dazu gehören die Einhaltung der Qualitätsmanagementnorm AS 9100, die Erstmusterprüfung nach AS 9102 sowie Präzision und Qualität bei der Serienfertigung komplexer Teile. Diese Aspekte des Spritzgießens in der Luft- und Raumfahrt werden im Folgenden kurz erläutert.

Hohe Präzision und Toleranz von Luft- und Raumfahrtteilen 

Bauteile für die Luft- und Raumfahrt müssen präzise und genau gefertigt sein, um Sicherheits- und Leistungsbeeinträchtigungen auszuschließen. Bereits geringfügige Abweichungen können zum Ausfall kritischer Komponenten führen. Daher wird in der Luft- und Raumfahrt das Spritzgussverfahren für Bauteile eingesetzt, die eine exakt definierte Formtoleranz aufweisen müssen.

Die Toleranzen von Kunststoffbauteilen in der Luft- und Raumfahrt sind äußerst gering. Auch die in der Luft- und Raumfahrt verwendeten Spritzgussformen weisen strenge Toleranzen auf. Diese können bis zu 0.025 mm betragen und werden unter stabilen Material- und Formbedingungen erreicht. Typischerweise werden sie aus Edelstahl gefertigt, der teurer ist als Aluminiumformen. Der Grund dafür liegt in den engeren Toleranzen, die mit Stahlformen realisiert werden können, was sie ideal für die Luft- und Raumfahrt macht.

AS9100-Zertifizierung

AS9100 ist ein Qualitätsmanagementstandard, der für die Luft- und Raumfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung ist. Die AS9100-Zertifizierung gewährleistet, dass das Bauteil die gesetzlichen und normativen Anforderungen erfüllt. Die Einhaltung von AS9100 umfasst:

• Qualitätsmanagementsystem
• Dokumentation und Rückverfolgbarkeit
• Prozesskontrolle
• Lieferantenmanagement

Materialbedarf

Die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt hochfeste Werkstoffe mit einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. In dieser Branche werden spezielle Hochleistungspolymere wie PEEK und PEI eingesetzt, die Temperaturen bis zu 260–315 °C standhalten. 

Kunststoff-Spritzguss für die Luft- und Raumfahrt

Geformte Flugzeuginnenausstattungen

Das Spritzgießen von Kunststoffen in der Luft- und Raumfahrt ist das am weitesten verbreitete Spritzgießverfahren der Branche. PIM wird zur Herstellung nichttragender Bauteile wie z. B. befestigungsfähiger Klemmen und Halterungen eingesetzt. Kunststoffteile tragen zur Gewichtsreduzierung von Flugzeugen bei.

Die Kunststoffformung für die Luftfahrt beginnt mit dem Schmelzen der Granulate und dem anschließenden Einspritzen des flüssigen Kunststoffs unter hohem Druck in die Formen. Nach dem Einspritzen kühlen die Teile ab und werden dann aus der Spritzgussform entnommen. Die Nachbearbeitung ist minimal und beschränkt sich hauptsächlich auf das Abschneiden überstehender Kanten.

Metallspritzguss in der Luft- und Raumfahrt

Das Metallspritzgießen nutzt die gleichen Prinzipien wie das Kunststoffspritzgießen, jedoch mit Metall. Dabei werden Metallpulver, beispielsweise aus Edelstahl und Titan, mit Bindemitteln zu einem Rohmaterial vermischt, das in Formen eingespritzt wird. Die Formteile werden anschließend erhitzt, sodass sich die Metallpartikel zu einem einzigen Stück verbinden. 

Metallspritzguss (MIM) eignet sich hervorragend für kleine, komplexe und hochfeste Bauteile, bei denen herkömmliche Bearbeitungs- oder Gießverfahren ineffizient sind. Dies liegt an der ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit von Metallen und Superlegierungen, die eine hohe Leistungsfähigkeit ermöglichen. Kleine, komplexe Metallteile werden beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie mittels MIM hergestellt.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie beim Spritzgießen verwendete Werkstoffe 

Spritzgegossene Sitzkomponenten

Einer der größten Vorteile des Spritzgießens in der Luft- und Raumfahrt ist die Möglichkeit, mit einer breiten Palette von Metalllegierungen und verschiedenen Kunststoffen zu arbeiten, darunter Hochleistungspolymere und Thermoplaste wie PEEK.

Im Luft- und Raumfahrtsektor sind spritzgegossene Kunststoffkomponenten die Hauptanwendung des Spritzgießens.  

Plastik Materialien

• PEEK (Polyetheretherketon)
• PEI (Polyetherimid)
• Polyimid 
• Polycarbonat (PC) 
• Nylon/PA
• PPS

Metallische Werkstoffe (MIM)

• Zu den Edelstahlsorten gehören 316L und 17-4 PH
• Superlegierungen wie Inconel 718, Hastelloy X
• Titanlegierungen Ti-6Al-4V

Hauptvorteile des Spritzgusses

Mikro-Spritzgussteil

Material Vielseitigkeit

Das Spritzgießverfahren eignet sich sowohl für Metalle als auch für Kunststoffe und ist daher vielseitig einsetzbar. Es ermöglicht die Verarbeitung einer breiten Materialpalette und bietet Herstellern somit mehr Spielraum für Experimente und Tests. 

Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Metallen zur Herstellung von Spritzgussteilen den Herstellern, spezifische Anforderungen wie Flammwidrigkeit und Leitfähigkeit zu erfüllen.

Komplexe Geometrien mit engen Toleranzen

Durch Spritzgießen lassen sich vielfältige Designs realisieren und neue Möglichkeiten erschließen, die mit traditionellen Methoden bisher nicht realisierbar waren. Die Möglichkeit, unterschiedliche Designs zu erstellen und Merkmale wie dünne Wände zu realisieren, trägt zur Leistungsoptimierung Ihrer Bauteile durch Gewichtsreduzierung bei. Das Spritzgießverfahren ermöglicht extrem enge Toleranzen von bis zu 0.025 mm.

Wirtschaftlichkeit

Spritzgießen ist im Vergleich zu anderen Fertigungstechniken kostengünstig. Es erzeugt weniger Abfall und erfordert nur minimale Nachbearbeitung, da die Teile in ihren endgültigen Abmessungen gefertigt werden. 

Darüber hinaus vereint dieses Fertigungsverfahren mehrere Arbeitsschritte in einem einzigen Prozess, wodurch Arbeitsaufwand und Gesamtkosten reduziert werden. Dies macht das Spritzgießen zu einer hervorragenden Option für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Spritzgegossene Kunststoffbauteile sind eine kostengünstigere Alternative zu gefrästen Bauteilen. Dies ist ein wesentlicher Faktor, der dazu beigetragen hat, dass sich das Spritzgießen in der Luft- und Raumfahrtbranche etabliert hat.

Zeiteffizienz

Das Spritzgießverfahren verkürzt die Fertigungszeiten durch kurze Zykluszeiten und beschleunigte Prototypenerstellung. Die Produktionszyklen für thermoplastische Kunststoffe liegen zwischen 10 und 60 Sekunden und können bei Hochleistungskunststoffen bis zu 120 Sekunden betragen. 

Die Kühlung beansprucht 70–80 % der Zykluszeit. Durch den Einbau von Kühlkanälen lässt sich die Kühlzeit um 20–30 % verkürzen, wodurch die Produktion von mehr Teilen ermöglicht wird.

Anwendung des Spritzgussverfahrens: Metall vs. Kunststoff

Formteile mit Angüssen

Standardmäßige Kunststoff-Spritzgussteile.

Spritzgegossene Kunststoffbauteile werden hauptsächlich für unkritische Teile wie Innenausstattung und sekundäre Strukturbauteile eingesetzt, bei denen Gewichtsreduzierung und Isolierung im Vordergrund stehen. Im Folgenden werden Standard-Spritzgussteile aus Kunststoff für die Luft- und Raumfahrtindustrie beschrieben.

Innenausstattungsteile

Geformter Flugzeugfensterrahmen

Innenausstattungsteile wie Dachverkleidungen, Sitze und Armlehnen bestehen aus Kunststoff. Diese Teile müssen leicht und dünn, aber gleichzeitig robust sein, und Thermoplaste erfüllen diese Anforderungen optimal. Andere Innenausstattungsteile, wie Cockpit-Armaturenbretter und Bedienelemente, sind Spritzgussprodukte.

Halterung und Befestigungselemente

Die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendeten Halterungen und Befestigungen bestehen aus robustem, leichtem Kunststoff oder anderen Verbundwerkstoffen. Sie tragen zur Gewichtsreduzierung des Flugzeugs bei und sind äußerst widerstandsfähig.

Kabelklemmen und Befestigungselemente

Spritzgießen ist ein effizientes Verfahren zur Serienfertigung kleiner, präziser Teile wie Klemmen und Befestigungselemente. Da Befestigungselemente hohen Belastungen ausgesetzt sind, müssen sie robust und langlebig sein. Die geringfügige Gewichtsreduzierung summiert sich zu einem erheblichen Vorteil und verbessert die Gesamtleistung eines Flugzeugs.

Gehäuse für elektronische Komponenten

Sensoren, Steuerungssysteme und andere elektronische Module besitzen Kunststoffgehäuse, die hauptsächlich im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Das robuste Kunststoffgehäuse schützt die empfindlichen elektrischen Bauteile vor Feuchtigkeit, Druck und Belastung. Es dient außerdem der Isolierung.

Strukurelle Komponenten

Baugruppen wie Rumpfsegmente und Tragflächenteile werden mittels eines speziellen Spritzgießverfahrens mit Verbundwerkstoffen, dem sogenannten RTM-Verfahren, hergestellt. Sie sind robust und gleichzeitig leicht, was die Treibstoffeffizienz des Flugzeugs verbessert. Auch andere Strukturbauteile wie Rippen, Verstärkungen und Stützen werden im Spritzgussverfahren gefertigt.

Komponenten von Kraftstoffsystemen

Kraftstoffsysteme verwenden spritzgegossene Bauteile, darunter Tankdeckel, Dichtungen und Anschlüsse. Diese Teile müssen kraftstoffbeständig und so konstruiert sein, dass sie hohem Druck standhalten und gleichzeitig eine sichere, dichte Umgebung gewährleisten. Standardmäßig Metallspritzgussteile.

Motorkomponenten

Motorkomponenten wie die Düsen und Turbinenanschlüsse werden aus Hochleistungs-Superlegierungen für extreme Hitze und Belastung mittels Metallspritzguss hergestellt. 

Befestigungselemente und Armaturen

Hochfeste Verschlüsse und interne Metallbaugruppen von Komponenten werden im Metallspritzgussverfahren hergestellt. Beispielsweise wird ein Sicherheitsgurtmechanismus mit Verschlüssen mittels MIM gefertigt.

Strukurelle Komponenten

Strukturelle Bauteile wie hydraulische Verschraubungen und strukturelle Armaturen in Kraftstoff- oder Betätigungssystemen.

Andere Spezialartikel

Die Dichtungen, Verbindungsstücke und andere nicht sicherheitskritische, tragende Bauteile von Flugzeugklappen werden im MIM-Verfahren hergestellt.

Spritzgussdienstleistungen bei Boda

Boda ist eines der Top-Spritzgussunternehmen für kundenspezifische Herstellung von Luft- und Raumfahrtkomponenten, das Spitzenleistungen liefert Spritzgussdienstleistungen Mit geringen Toleranzen und höchster Präzision. Unsere hauseigenen Spritzgussformen zeichnen sich durch enge Toleranzen und hervorragende Oberflächen aus, was zu Spritzgussteilen mit einer schönen Oberfläche führt, die keiner Nachbearbeitung bedürfen.

Unsere Bearbeitungszeit beträgt etwa 2-5 Tage, und wir garantieren Ersatzteile von höchster Qualität. Kontakt aufnehmen Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihre Projektanforderungen zu besprechen und ein Online-Angebot zu erhalten. 

Fazit

Spritzgießen ist aufgrund der hohen Präzision, des geringen Gewichts und der komplexen Formen von entscheidender Bedeutung für die Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen. Das Verfahren ermöglicht die Fertigung von Teilen, die den Leistungs- und Sicherheitsstandards der Branche entsprechen. Spritzgießen ist äußerst vielseitig und erlaubt Herstellern, mit verschiedenen Materialien und Designs zu experimentieren. Die außergewöhnliche Toleranz und Genauigkeit des Verfahrens machen es zur bevorzugten Wahl für die Herstellung hochpräziser Luft- und Raumfahrtteile in großen Stückzahlen. Dank Innovationen bei Materialien wie Hochleistungsthermoplasten und Verbundwerkstoffen hat das Spritzgießen von Flugzeugteilen die Treibstoffeffizienz und andere Flugeigenschaften verbessert.