Garantizando la calidad en la fabricación aeroespacial: Consideraciones clave

Los fabricantes que trabajan con clientes aeroespaciales saben que las piezas producidas para aplicaciones aeroespaciales se mantienen bajo estrictos requisitos funcionales y regulatorios. Las piezas aeroespaciales no solo tienden a ser más especializadas que las creadas para aplicaciones en otras industrias; también son más propensas a ser de misión crítica, lo que significa que un fallo resultaría en pérdida de equipo y daño potencial a operadores, pasajeros o transeúntes.

Los ingenieros necesitan asegurar que cada pieza producida funcione de manera consistente y confiable según los requisitos de la aplicación, lo que requiere que los componentes se mantengan bajo estándares rigurosos, pruebas e inspección, para verificar la funcionalidad adecuada y asegurar que la seguridad sea prioritaria.

Los proyectos aeroespaciales tienden a tener presupuestos más altos y ciclos de desarrollo más largos, lo que típicamente significa que hay más planificación inicial involucrada para asegurar el éxito final del proyecto. Este artículo destacará algunas consideraciones clave de diseño e ingeniería para piezas aeroespaciales que los equipos de producto probablemente encontrarán.

Requisitos regulatorios y expectativas de certificación de proveedores

Debido al número 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 tienen las certificaciones adecuadas.

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

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

Requisitos funcionales

Las piezas aeroespaciales requieren una mezcla única de propiedades. Muchos componentes necesitan ser extremadamente fuertes y rígidos —características a menudo asociadas con materiales más duros y pesados. Sin embargo, reducir el peso donde sea posible es crítico para casi todas las aplicaciones de fabricación aeroespacial, lo que también puede permitir a los equipos de producto diseñar piezas con geometrías únicas o complejas. Es común que los fabricantes pasen por iteraciones de diseño, ingeniería y pruebas para asegurar que la pieza funcionará correctamente, cumpliendo todos los requisitos funcionales, mientras también optimizan para eliminar tanto peso como sea posible de la pieza, sin comprometer el rendimiento.

Los métodos de fabricación aditiva proporcionan una ventaja significativa aquí porque permiten la producción de piezas usando 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 entre sí, lo que puede llevar a corrosión galvánica o diferencias entre coeficientes de expansión térmica. Los métodos de fabricación aditiva nuevamente ofrecen una alternativa única, ya que la gran mayoría de materiales usados en estos procesos son no reactivos y proporcionan una amplia gama de propiedades de material a densidades más bajas que los materiales mencionados.

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

Hoy, la fibra de carbono se encuentra comúnmente en muchas aplicaciones aeroespaciales. De manera similar, la tecnología usada en fabricación aditiva ha cambiado tan drásticamente en los últimos años que ahora hay muchas menos restricciones de material para las piezas que pueden hacerse por medios aditivos.

Las piezas fabricadas aditivamente están siguiendo una trayectoria similar en aplicaciones aeroespaciales, permitiendo a los ingenieros controlar y optimizar geometrías de componentes como nunca antes. Además de la reducción de peso de componentes, la madurez de la tecnología y control de proceso de fabricación aditiva ha permitido a los ingenieros optimizar propiedades de componentes, como rigidez y resistencia, con la precisión de métodos de fabricación tradicionales.

Esto está aumentando drásticamente los casos de uso para piezas fabricadas aditivamente dentro de aplicaciones aeroespaciales cada año, y debido a esto, es cada vez más común ver piezas fabricadas aditivamente ocupando los roles de componentes que una vez fueron fabricados tradicionalmente en la industria aeroespacial.

Criterios de prueba

Si bien todas las piezas necesitan ser probadas para asegurar su correcto funcionamiento, esto es especialmente importante para aplicaciones aeroespaciales, ya que muchos de los componentes son piezas críticas. Muchas de estas piezas requieren propiedades mecánicas específicas y son clave para asegurar la seguridad, por lo que es prudente que los equipos de producto tengan sus criterios de prueba definidos temprano y en detalle —antes de que comiencen las pruebas. Saber cómo se ve el éxito da a los ingenieros puntos de referencia claros y permite a los diseñadores refinar eficientemente el diseño de la pieza contra ese objetivo.

Mitigación de riesgos

Los clientes aeroespaciales también probablemente querrán ver evaluaciones de riesgo. Debido al alto número de piezas críticas usadas en aplicaciones aeroespaciales, es vital que los equipos de desarrollo de producto se sientan confiados de que sus piezas son confiables y representan poco o ningún riesgo para la salud y seguridad humana.

Al usar metodologías de análisis de riesgo bien definidas, como Análisis de Modos de Fallo y Efectos (FMEA), los ingenieros pueden determinar las diversas formas en que una pieza podría fallar, así como las consecuencias asociadas con esos fallos, para que los equipos de desarrollo de producto puedan mitigar riesgos proactivamente. Esto ayuda a los equipos a determinar los costos que están dispuestos a incurrir para asegurar que ciertos fallos nunca ocurran, lo que a su vez puede llevar a más cambios de diseño o construcción de sistemas redundantes para mitigar sus efectos.

Potenciando la aeroespacial con aditiva

Si bien la fabricación aditiva no va a ser la mejor opción para cada aplicación, la tecnología ha avanzado y madurado de tal manera que el número de aplicaciones potenciales en aeroespacial aumenta cada año. En muchos casos, la fabricación aditiva permite que piezas específicas o complejas se fabriquen de manera intencional para cumplir los estrictos requisitos dentro de la industria aeroespacial.

Algunas piezas críticas obviamente estarán mejor adaptadas a otros métodos de fabricación, pero la velocidad y flexibilidad de las tecnologías aditivas presenta una opción cada vez más económica. En última instancia, los ingenieros y equipos de desarrollo de producto deben invertir en una preparación robusta antes de comenzar la producción para asegurar que sus piezas aeroespaciales cumplan todos los requisitos funcionales y regulatorios necesarios, se fabriquen con los materiales ideales y estén diseñadas para mitigar riesgo.

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

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