Consideraciones de calidad para la fabricación aeroespacial

Los fabricantes que trabajan con clientes aeroespaciales saben que las piezas producidas para aplicaciones aeroespaciales están sujetas a estrictos requisitos normativos y funcionales. Las piezas aeroespaciales no solo tienden a ser más especializadas que las piezas creadas para aplicaciones en otras industrias; también es más probable que sean de misión crítica, lo que significa que la falla podría resultar en la pérdida de equipos y daños potenciales a los operadores, pasajeros o transeúntes.

Los ingenieros deben asegurarse de que todas las piezas producidas se desempeñen de manera constante y confiable según los requisitos de la aplicación, lo que requiere que los componentes se sometan a rigurosos estándares, pruebas e inspecciones para verificar la funcionalidad adecuada y garantizar que se priorice la seguridad.

Los proyectos aeroespaciales tienden a tener presupuestos más altos y ciclos de desarrollo más largos, lo que generalmente significa que se requiere una mayor planificación inicial para garantizar el éxito final del proyecto. Este artículo destacará algunas consideraciones clave de diseño e ingeniería para piezas aeroespaciales que es probable que encuentren los equipos de productos.

Requisitos reglamentarios y expectativas de certificación de proveedores

Debido a la cantidad de regulaciones internacionales, federales y específicas de la industria que estipulan cómo se fabrican las piezas, las empresas aeroespaciales generalmente trabajan exclusivamente con proveedores y fabricantes que cuentan con las certificaciones adecuadas.

Uno de los estándares de gestión de calidad aeroespacial más utilizados es AS9100, que proporciona definiciones y expectativas universales para la gestión de calidad de los fabricantes que diseñan, producen e inspeccionan piezas aeroespaciales. El estándar ha pasado por varias versiones a lo largo de los años, la más reciente es ASD9100D, que se lanzó en 2016.

Los fabricantes que demuestran que cumplen con ASD9100D también pueden demostrar el cumplimiento con la norma ISO 9001 más amplia (que el sistema de gestión de calidad AS9100 contiene en su totalidad). Los fabricantes también deben considerar la certificación ASA-100, un estándar que cumple con la Circular de asesoramiento 00-56 de la FAA, que proporciona un sistema de calidad estandarizado para los distribuidores de piezas de aeronaves civiles.

Requisitos funcionales

Las piezas aeroespaciales requieren una combinación única de propiedades. Muchos componentes deben ser extremadamente fuertes y rígidos, características que a menudo se asocian con materiales más duros y pesados. Sin embargo, reducir el peso siempre que sea posible es fundamental para casi todas las aplicaciones de fabricación aeroespacial, lo que también puede permitir que los equipos de productos diseñen piezas con geometrías únicas o complejas. Es común que los fabricantes pasen por iteraciones de diseño, ingeniería y pruebas para garantizar que la pieza funcione correctamente, cumpliendo con todos los requisitos funcionales, al mismo tiempo que se optimiza para eliminar la mayor cantidad de peso posible de la pieza, sin comprometer el rendimiento.

Los métodos de fabricación aditiva brindan una ventaja significativa porque permiten la producción de piezas utilizando la cantidad mínima de material necesaria para satisfacer los requisitos funcionales de un componente.

Materiales

La necesidad de piezas que sean rígidas y fuertes pero flexibles y ligeras ha llevado a fabricar componentes aeroespaciales con materiales como titanio, tungsteno y fibra de carbono. Sin embargo, muchos de estos materiales exóticos reaccionan cuando se encuentran, lo que puede provocar corrosión galvánica o diferencias entre los coeficientes de expansión térmica. Los métodos de fabricación aditiva nuevamente ofrecen una alternativa única, ya que la gran mayoría de los materiales utilizados en estos procesos no son reactivos y brindan una amplia gama de propiedades materiales a densidades más bajas que los materiales antes mencionados.

Durante décadas, la fibra de carbono se consideró un material riesgoso para su uso en aplicaciones aeroespaciales debido a su incompatibilidad con ciertos metales, propiedades anisotrópicas y su método único de fabricación. A medida que maduraron los medios de fabricación y aumentaron los casos de uso de geometrías altamente optimizadas y propiedades de materiales, el uso de fibra de carbono aumentó ampliamente en la industria aeroespacial.

Hoy en día, la fibra de carbono se encuentra comúnmente en muchas aplicaciones aeroespaciales. Del mismo modo, la tecnología utilizada en la fabricación aditiva ha cambiado tan drásticamente en los últimos años que ahora hay muchas menos restricciones de material para las piezas que se pueden fabricar a través de medios aditivos.

Las piezas fabricadas aditivamente siguen una trayectoria similar en las aplicaciones aeroespaciales, lo que permite a los ingenieros controlar y optimizar las geometrías de los componentes como nunca antes. Además de la reducción del peso de los componentes, la madurez de la tecnología de fabricación aditiva y el control de procesos ha permitido a los ingenieros optimizar las propiedades de los componentes, como la rigidez y la resistencia, con la precisión de los métodos de fabricación tradicionales.

Esto está aumentando drásticamente los casos de uso de piezas fabricadas de forma aditiva dentro de las aplicaciones aeroespaciales cada año y, debido a esto, es cada vez más común ver piezas fabricadas de forma aditiva desempeñando las funciones de componentes que alguna vez se fabricaron tradicionalmente en la industria aeroespacial.

Criterios de prueba

Si bien es necesario probar todas las piezas para garantizar su correcto funcionamiento, esto es especialmente importante para las aplicaciones aeroespaciales, ya que muchos de los componentes son piezas críticas. Muchas de estas piezas requieren propiedades mecánicas específicas y son clave para garantizar la seguridad, por lo que es prudente que los equipos de productos tengan sus criterios de prueba definidos con anticipación y en detalle, antes de que comiencen las pruebas. Saber cómo se ve el éxito brinda a los ingenieros puntos de referencia claros y permite a los diseñadores refinar de manera eficiente el diseño de la pieza contra ese objetivo.

Mitigación de riesgos

Es probable que los clientes aeroespaciales también deseen ver evaluaciones de riesgos. Debido a la gran cantidad de piezas críticas que se utilizan en las aplicaciones aeroespaciales, es vital que los equipos de productos se sientan seguros de que sus piezas son confiables y representan un riesgo mínimo o nulo para la salud y la seguridad de las personas.

Mediante el uso de metodologías de análisis de riesgos bien definidas, como el análisis de efectos y modos de falla (FMEA), los ingenieros pueden determinar las diversas formas en que una pieza podría fallar, así como las consecuencias asociadas con esas fallas, para que los equipos de desarrollo de productos puedan mitigar los riesgos de manera proactiva. Esto ayuda a los equipos a determinar los costos en los que están dispuestos a incurrir para garantizar que nunca ocurran ciertas fallas, lo que, a su vez, puede conducir a más cambios de diseño o a la construcción de sistemas redundantes para mitigar sus efectos.

Impulsando la industria aeroespacial con aditivos

Si bien la fabricación aditiva no será la mejor opción para todas las aplicaciones, la tecnología ha avanzado y madurado de tal manera que la cantidad de aplicaciones potenciales en la industria aeroespacial aumenta cada año. En muchos casos, la fabricación aditiva permite que se fabriquen piezas específicas o complejas de manera específica para cumplir con los estrictos requisitos de la industria aeroespacial.

Obviamente, algunas partes críticas se adaptarán mejor a otros métodos de fabricación, pero la velocidad y la flexibilidad de las tecnologías aditivas presentan una opción cada vez más económica. En última instancia, los ingenieros y los equipos de desarrollo de productos deben invertir en una sólida preparación antes de comenzar la producción para garantizar que sus piezas aeroespaciales cumplan con todos los requisitos normativos y funcionales necesarios, se fabriquen con los materiales ideales y estén diseñadas para mitigar el riesgo.

En Fast Radius, prosperamos al superar las expectativas y estamos bien posicionados para ayudar a los equipos de productos a navegar las muchas consideraciones en juego en cualquier proyecto de desarrollo de productos. Somos un equipo apasionado de diseñadores e ingenieros que buscan establecer asociaciones comerciales duraderas que superen los límites de lo que es posible a través de la fabricación moderna. Nuestros clientes aeroespaciales nos exigen un estándar más alto no solo en la fabricación, sino también en el diseño y el asesoramiento de ingeniería. Contáctanos hoy para comenzar.

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