OEMs und Tier-1-Zulieferer aus der Luft- und Raumfahrt wenden sich zunehmend an spezialisierte Partner für Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung, um während des gesamten Lebenszyklus der Einführung neuer Produkte schnelle und skalierbare Unterstützung zu erhalten, sagt Vanessa Pfeiffer, Director Strategic Market Development Aerospace, Defence & Energy
Luft- und Raumfahrthersteller stehen unter zunehmendem Druck, neue Plattformen zu skalieren, ohne dabei Abstriche bei Qualität, Kapazität, Rückverfolgbarkeit, Kostenkontrolle oder Liefersicherheit zu machen. Wenn Programme von der Konstruktions- und Qualifizierungsphase in die Industrialisierung und Serienfertigung übergehen, muss jeder Prozessschritt in der Lage sein, wiederholt gleichbleibende Leistungen in hohem Tempo zu erbringen – insbesondere wenn es sich um sicherheitskritische Komponenten handelt, die strengen Spezifikationen unterliegen und für eine lange Lebensdauer ausgelegt sind.
Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung sind nach wie vor entscheidend für die Leistungsfähigkeit in der Luft- und Raumfahrt. Da moderne Triebwerke und Strukturen bei höheren Temperaturen und Belastungen betrieben werden, sind thermische und metallurgische Prozessabläufe immer enger mit den Konstruktionsergebnissen verknüpft. Mit den richtigen Techniken und Kontrollmaßnahmen lassen sich anspruchsvolle Anforderungen an die Ermüdungslebensdauer, die Kriechfestigkeit und die Bruchzähigkeit konsequent erfüllen – nicht nur in Versuchen, sondern auch in der wiederholbaren Serienfertigung.
Auch die Luft- und Raumfahrttechnologien entwickeln sich ständig weiter. Immer mehr autonome Plattformen werden die Komplexität der metallurgischen Verarbeitung erhöhen. In fernerer Zukunft werden neue Flugoptionen wie der Wasserstoffantrieb und möglicherweise sogar der Hyperschallflug durch neue Werkstoffe, Umgebungsbedingungen und Versagensmechanismen einen grundlegenderen Wandel mit sich bringen.
Damit geht die metallurgische Verarbeitung weit über reine nachgelagerte Produktionsschritte hinaus. Für OEMs und Tier-1-Zulieferer fungieren spezialisierte metallurgische Dienstleister zunehmend als strategische Partner für die Industrialisierung und die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette. Sie tragen dazu bei, die Risiken auf dem Weg von der Einführung neuer Produkte (New Product Introduction, NPI) bis zur Serienproduktion zu minimieren, die Versorgungskontinuität zu gewährleisten und die Produktion weltweit zu skalieren.
OEMs und Tier-1-Zulieferer blicken zunehmend über die rein technischen Fertigungskapazitäten hinaus und geben Industriepartnern den Vorzug, die über weltweit qualifizierte Produktionsnetzwerke, Multi-Prozess-Kompetenz, skalierbare Kapazitäten und betriebliche Redundanz verfügen, um den industriellen Hochlauf und die langfristige Robustheit der Programme zu gewährleisten.
Warum Wärmebehandlung und Oberflächentechnik wichtig sind
Betrachten wir also die wichtigsten Beteiligten am NPI-Programm für ein Luft- und Raumfahrtkomponente, die eine Wärmebehandlung und/oder Oberflächenbeschichtungen erfordert. Es sind drei Hauptakteure beteiligt. Diese Ökosysteme werden von Originalausrüstungsherstellern (OEMs) wie Airbus und Boeing geleitet, die für die gesamte Luft- und Raumfahrtplattform verantwortlich sind, die Anforderungen definieren und sicherstellen, dass die Spezifikationen erfüllt werden. Dann kommt der Komponentenhersteller. In der Regel handelt es sich dabei um Tier-1- oder Tier-2-Lieferpartner, die bei der Konstruktion und Fertigung von Komponenten für wichtige Systeme wie Triebwerke, Fahrwerke, Strukturen sowie Antriebs- und Steuerungssysteme mitwirken.
Drittens gibt es die Anbieter von Wärmebehandlungs- und metallurgischen Dienstleistungen. Diese Unternehmen bieten häufig ein breites Leistungsspektrum an. Zu den Wärmebehandlungstechnologien zählen unter anderem Einsatzhärten, Anlassen, Lösungsglühen und Auslagern sowie Glühen und Normalisieren, um die Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Duktilität, Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit der Bauteile zu gewährleisten und gleichzeitig die Maßhaltigkeit zu erhalten. Diese Wärmebehandlungsverfahren werden häufig bei Anwendungen wie Getriebewellen und Antriebswellen/-stangen eingesetzt.
Oberflächenbeschichtungen stellen eine weitere Gruppe von Verfahren dar, die die Lebensdauer von Bauteilen verlängern und diese vor Umwelteinflüssen wie Korrosion und Abrieb schützen. Dazu zählen unter anderem Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff- und Plasmaspritzverfahren sowie organische, keramische und polymere Beschichtungen, die auf Bauteile wie Brennkammerauskleidungen und Übergangsstücke, Kompressorschaufeln und Fahrwerksteile aufgebracht werden.
Gleichzeitig bieten einige Anbieter von Wärmebehandlungs- und metallurgischen Verfahren, wie beispielsweise Bodycote, auch Spezialdienstleistungen an, darunter das heißisostatische Pressen (HIP), bei dem Metall unter Einwirkung hoher Temperaturen und hohem Druck in einen zu 100 % dichten Festkörper umgewandelt wird. Diese Technik ist von entscheidender Bedeutung für hochzuverlässige Bauteile in anspruchsvollen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, wie beispielsweise Turbinenschaufeln und -leitschaufeln, Halterungen und Befestigungen sowie Komponenten für die Anbindung des Fahrwerks.
Konzeption und Prozessdefinition
Insbesondere bei NPI-Programmen gehen OEMs, Komponentenhersteller sowie Spezialisten für Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung enge dreiseitige Partnerschaften ein, oft bereits so früh wie möglich im Konstruktionszyklus. Diese frühzeitigen Interaktionen können im gesamten Luft- und Raumfahrt-Ökosystem – von der Konstruktion über die Auslieferung bis hin zur Wartung, Reparatur und Überholung (MRO) – einen erheblichen Mehrwert schaffen und sind besonders wichtig für Plattformen mit langer Lebensdauer, die Jahrzehnte überdauern können.
Wie sehen diese NPI-Beziehungen also in der Praxis aus? Oft beginnen sie bereits in der Entwurfs- und Prozessdefinitionsphase. Hier kommen Ingenieure, Methodik-Teams und Qualitätsspezialisten aus allen drei Organisationen zusammen, um die Materialien, Prozesse und Prüfanforderungen für ein bestimmtes NPI-Bauteil festzulegen. Dabei müssen wichtige Programmergebnisse definiert werden, darunter Leistungsanforderungen, vorläufige Bauteilentwürfe, erste Spezifikationen sowie die Ermittlung kritischer Materialien und Eigenschaften.
Machbarkeit und Qualifizierung
Der nächste Schritt bei der Entwicklung neuer Produkte (NPI) ist die Machbarkeitsprüfung und Qualifizierung. Hier tragen die Beiträge spezialisierter metallurgischer Dienstleister dazu bei, die Prozesse zu optimieren, häufig durch den Wegfall bestimmter Bearbeitungs- oder Schleifvorgänge. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Spezifikationen und ersten Entwürfe vorliegen, setzen Zulieferer wie Bearbeitungsbetriebe, Schmieden und Gießereien diese in konkrete Fertigungsabläufe um.
Auch hier spielen Anbieter metallurgischer Verfahren eine wichtige Rolle: Sie helfen dabei, die Machbarkeit zu prüfen, Anforderungen zu interpretieren und sicherzustellen, dass die Teile sicher und in gleichbleibender Qualität hergestellt werden. Mit umfassenden Material- und Verfahrensprüfkapazitäten können spezialisierte Anbieter gemeinsam mit den Zulieferern spezifische Wärmebehandlungszyklen, Temperaturprofile und Oberflächenhärteziele entwickeln und gleichzeitig Versuchsplanungen durchführen, um die Prozesse zu optimieren.
Prototypenentwicklung und erste Versuche schaffen technisches Vertrauen und zeigen, wer in der Lage ist, das Programm während der Industrialisierung zu unterstützen. Strukturierte Versuche und Prozessvalidierungen, die häufig auch eine Mikrostrukturanalyse umfassen, geben dem Zulieferer die Gewissheit, dass eine konsistente Produktionsfähigkeit gewährleistet ist und die Anforderungen des Qualitätsmanagementsystems eingehalten werden.
Übergang zur Serienproduktion
Mit dem Übergang des Bauteils in die Entwicklungsphase markiert die NPI-Phase den Wechsel von den Ingenieuren und Prozessspezialisten zu den Produktionsteams, wobei sich der Schwerpunkt nun auf die operative Leistung verlagert. Metallurgische Prozessspezialisten tragen dazu bei, die Wiederholbarkeit der Prozesse und die Qualitätskontrolle nachzuweisen und gleichzeitig vorhersehbare Taktzeiten und Zeitpläne für eine zuverlässige Umsetzung zu entwickeln, die mit der Vertriebs-, Bestands- und Betriebsplanung (SIOP) des Kunden abgestimmt sind.
Hier wird vom spezialisierten Anbieter erwartet, dass er nachweisliche Fachkompetenz bei den Methoden zur Übergabe von der Produktneueinführung (NPI) in die Serienfertigung unter Beweis stellt, was zu konsistenten Durchlaufzeiten, präzisen Ausbeutezielen und einer strengen Einhaltung der Qualitätsstandards führt und somit das Risiko von Engpässen für den Komponentenhersteller beseitigt. Proaktive Kommunikation gewährleistet Transparenz und einen klaren Überblick über den Projektfortschritt.
Gleichzeitig werden effektive, flexible und skalierbare Produktionsstrategien umgesetzt, um eine solide Kapazitätsplanung für Nachfrageschwankungen zu gewährleisten. Lieferanten müssen in der Lage sein, bei Bedarf „kurzfristige“ Kundenanforderungen zu bewältigen und dabei oft über die vertraglichen Erwartungen hinauszugehen. Zudem müssen strenge Rückverfolgbarkeits- und Überwachungsmaßnahmen eingeführt werden, um eine optimierte Leistung zu gewährleisten.
Langfristige Produktion
Als Nächstes folgt die Langzeitproduktion. Der Erfolg der Serienfertigung hängt davon ab, wie gut sich die Anbieter metallurgischer Verfahren in die Betriebsabläufe der Kunden integrieren können. Große Zulieferer stützen sich auf strukturierte SIOP-Systeme und erwarten von ihren Partnern, dass diese die Prognosen und Kapazitätsanforderungen erfüllen. Luft- und Raumfahrtprogramme können sich über viele Jahre erstrecken, und die Erstausrüster streben langfristige Vereinbarungen mit der Lieferkette an – häufig im Rahmen von Doppelbelieferungsstrategien – auf der Grundlage von Investitionszusagen, die eine kontinuierliche Verbesserung und Kapazitätssteigerung gewährleisten.
Anbieter von Wärmebehandlungs- und Oberflächenveredelungsdienstleistungen müssen nachweisen, dass sie Zugang zu weltweiten Produktionsnetzwerken haben, und gleichzeitig Ausweich- und Risikominderungsstrategien vorhalten, um die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette zu stärken und Bedenken hinsichtlich der Abhängigkeit von einem einzigen Lieferanten auszuräumen. Eine nachweisliche Bereitschaft, in Anlagen und Automatisierung zu investieren, um Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern, kann einen nachhaltigen langfristigen Vorteil verschaffen. Diese Anbieter müssen über die notwendigen Ressourcen verfügen, um etwaige betriebliche Probleme zu bewältigen, und gleichzeitig Flexibilität hinsichtlich der Entscheidung der Kunden zwischen interner und externer Bearbeitung bieten.
Diese Fähigkeiten sind für die langfristige Widerstandsfähigkeit der Lieferkette von entscheidender Bedeutung. Geografische Flexibilität und Strategien mit zwei Bezugsquellen verringern das operative Risiko und ermöglichen es, Arbeiten bei Bedarf zwischen Standorten zu verlagern. Dies trägt dazu bei, die Kontinuität auch bei extrem starken Nachfragespitzen aufrechtzuerhalten. Metallurgische Partner werden daher nicht nur anhand ihrer technischen Leistungsfähigkeit bewertet, sondern auch hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit, der Redundanz über mehrere Standorte hinweg und der langfristigen Programmstabilität.
Die Kraft der Partnerschaft
Dank jahrzehntelanger Erfahrung in der Luft- und Raumfahrtbranche Bodycote alle Phasen des NPI-Lebenszyklus begleiten und genießt bei vielen großen Luft- und Raumfahrtunternehmen, darunter Airbus, BAE Systems, Boeing, Honeywell, Pratt & Whitney und Rolls-Royce, einen bevorzugten Status.
Kompetente und erfahrene Teams aus Ingenieuren, Wissenschaftlern und Technikern bieten technische Unterstützung in den Phasen der Konstruktion, Prüfung und Qualifizierung. Zu den Dienstleistungen gehören unter anderem die kostenorientierte Konstruktion, die Auslegung von Spezifikationen, die Prüfung der technischen Machbarkeit, die Testoptimierung und die Vorbereitung auf die Markteinführung (NPI).
Dies wird durch ein globales Netzwerk von für die Luft- und Raumfahrt zugelassenen Standorten unterstützt, das eine flexible Kapazitätszuweisung, Redundanz über mehrere Standorte hinweg und eine skalierbare Produktion über verschiedene Luft- und Raumfahrtprogramme hinweg ermöglicht. Diese operative Flexibilität hilft den Kunden, trotz schwankender Produktionspläne und langer Programmlebenszyklen die Kontinuität aufrechtzuerhalten.
Letztendlich suchen OEMs und Tier-1-Zulieferer aus der Luft- und Raumfahrtbranche zunehmend nach strategischen Fertigungspartnern wie Bodycote Plattformen der nächsten Generation dabei zu unterstützen, neue Höhen zu erreichen.
Mit mehr als 10 Jahren Erfahrung in den Bereichen strategisches Marketing, Geschäftsentwicklung und Marktführerschaft war Vanessa in der Luft- und Raumfahrt, der Energieerzeugung und anderen stark regulierten Industriemärkten tätig. Sie verfügt über einen Executive MBA der HEC Lausanne und setzt sich leidenschaftlich dafür ein, dass fortschrittliche Technologien und Fertigungskapazitäten zu sichereren, widerstandsfähigeren und nachhaltigeren Branchen beitragen.