Garantindo Qualidade na Fabricação Aeroespacial: Considerações-Chave

Fabricantes que trabalham com clientes aeroespaciais sabem que peças produzidas para aplicações aeroespaciais são mantidas a rigorosos requisitos funcionais e regulatórios. Peças aeroespaciais não apenas tendem a ser mais especializadas que peças criadas para aplicações em outras indústrias; elas também são mais propensas a ser de missão crítica, significando que falha resultaria em perda de equipamento e potencial dano a operadores, passageiros ou transeuntes.

Engenheiros precisam garantir que cada peça produzida funcionará de forma consistente e confiável aos requisitos da aplicação, o que exige que componentes sejam mantidos a padrões rigorosos, testes e inspeção, a fim de verificar funcionalidade adequada e garantir que a segurança seja priorizada.

Projetos aeroespaciais tendem a ter orçamentos mais altos e ciclos de desenvolvimento mais longos, o que tipicamente significa que mais planejamento inicial está envolvido para garantir o sucesso final do projeto. Este artigo destacará algumas considerações-chave de design e engenharia para peças aeroespaciais que equipes de produto provavelmente encontrarão.

Requisitos regulatórios e expectativas de certificação de fornecedores

Devido ao número de regulamentos internacionais, federais e específicos da indústria que estipulam como peças são feitas, empresas aeroespaciais geralmente trabalham exclusivamente com fornecedores e fabricantes que têm as certificações adequadas.

Um dos padrões de gestão de qualidade aeroespacial mais amplamente usados é AS9100, que fornece definições e expectativas universais para gestão de qualidade de fabricantes projetando, produzindo e inspecionando peças aeroespaciais. O padrão passou por múltiplas versões ao longo dos anos, a mais recente sendo ASD9100D, lançada em 2016.

Fabricantes que demonstram conformidade com ASD9100D também podem demonstrar conformidade com o padrão ISO 9001 mais amplo (que o sistema de gestão de qualidade AS9100 contém em sua totalidade). Fabricantes também precisam considerar certificação ASA-100, um padrão que cumpre a Circular Consultiva 00-56 da FAA, que fornece um sistema de qualidade padronizado para distribuidores de peças de aeronaves civis.

Requisitos funcionais

Peças aeroespaciais requerem uma mistura única de propriedades. Muitos componentes precisam ser extremamente fortes e rígidos — características frequentemente associadas a materiais mais duros e pesados. No entanto, reduzir peso onde quer que seja possível é crítico para quase todas as aplicações de fabricação aeroespacial, o que também pode permitir que equipes de produto projetem peças com geometrias únicas ou complexas. É comum fabricantes passarem por iterações de design, engenharia e testes para garantir que a peça funcionará corretamente, atendendo a todos os requisitos funcionais, enquanto também otimizam para remover o máximo de peso possível da peça, sem comprometer o desempenho.

Métodos de manufatura aditiva fornecem uma vantagem significativa aqui porque permitem a produção de peças usando a quantidade mínima de material necessária para satisfazer os requisitos funcionais de um componente.

Materiais

A necessidade de peças que sejam rígidas e fortes, mas flexíveis e leves, levou à fabricação de componentes aeroespaciais com materiais como titânio, tungstênio e fibra de carbono. No entanto, muitos desses materiais exóticos reagem quando se encontram, o que pode levar a corrosão galvânica ou dissimilaridades entre coeficientes de expansão térmica. Métodos de manufatura aditiva novamente oferecem uma alternativa única, pois a grande maioria dos materiais usados nestes processos são não reativos e fornecem uma ampla gama de propriedades de material em densidades menores que os materiais mencionados.

Por décadas, a fibra de carbono foi vista como um material arriscado para uso em aplicações aeroespaciais devido à sua incompatibilidade com certos metais, propriedades anisotrópicas e seu meio único de fabricação. À medida que os meios de fabricação amadureceram e casos de uso para geometrias e propriedades de material altamente otimizadas aumentaram, o uso de fibra de carbono aumentou extensivamente na indústria aeroespacial.

Hoje, a fibra de carbono é comumente encontrada em muitas aplicações aeroespaciais. Similarmente, a tecnologia usada na manufatura aditiva mudou tão drasticamente nos últimos anos que agora há muito menos restrições de material para peças que podem ser feitas por meios aditivos.

Peças fabricadas aditivamente estão seguindo uma trajetória similar em aplicações aeroespaciais, permitindo que engenheiros controlem e otimizem geometrias de componentes como nunca antes. Além da redução de peso do componente, a maturidade da tecnologia de manufatura aditiva e controle de processo permitiu que engenheiros otimizassem propriedades de componentes, como rigidez e resistência, com a precisão de métodos de fabricação tradicionais.

Isso está aumentando drasticamente os casos de uso para peças fabricadas aditivamente dentro de aplicações aeroespaciais a cada ano, e por causa disso, é cada vez mais comum ver peças fabricadas aditivamente preenchendo os papéis de componentes que já foram fabricados tradicionalmente na indústria aeroespacial.

Critérios de teste

Embora todas as peças precisem ser testadas para garantir sua função adequada, isso é especialmente importante para aplicações aeroespaciais, pois muitos dos componentes são peças críticas. Muitas dessas peças requerem propriedades mecânicas específicas e são essenciais para garantir a segurança, então é prudente que equipes de produto tenham seus critérios de teste definidos cedo e em detalhes — antes que os testes comecem. Saber como o sucesso se parece dá aos engenheiros benchmarks claros e permite que designers refinem eficientemente o design da peça contra esse alvo.

Mitigação de risco

Clientes aeroespaciais também provavelmente quererão ver avaliações de risco. Devido ao alto número de peças críticas usadas em aplicações aeroespaciais, é vital que equipes de produto se sintam confiantes de que suas peças são confiáveis e representam pouco ou nenhum risco à saúde e segurança humana.

Usando metodologias de análise de risco bem definidas, como Análise de Modos de Falha e Efeitos (FMEA), engenheiros podem determinar as várias maneiras pelas quais uma peça poderia falhar, bem como as consequências associadas a essas falhas, para que equipes de desenvolvimento de produto possam mitigar riscos proativamente. Isso ajuda as equipes a determinar os custos que estão dispostas a incorrer para garantir que certas falhas nunca ocorram, o que pode, por sua vez, levar a mais mudanças de design ou construção de sistemas redundantes para mitigar seus efeitos.

Potencializando a aeroespacial com aditiva

Embora a manufatura aditiva não seja a melhor opção para toda aplicação, a tecnologia avançou e amadureceu de tal forma que o número de aplicações potenciais na aeroespacial aumenta a cada ano. Em muitos casos, a manufatura aditiva permite que peças específicas ou complexas sejam feitas de maneiras propositais para cumprir os rigorosos requisitos dentro da indústria aeroespacial.

Algumas peças críticas obviamente serão mais adequadas a outros métodos de fabricação, mas a velocidade e flexibilidade de tecnologias aditivas apresenta uma opção cada vez mais econômica. Em última análise, engenheiros e equipes de desenvolvimento de produto devem investir em preparação robusta antes de iniciar a produção para garantir que suas peças aeroespaciais atendam a todos os requisitos funcionais e regulatórios necessários, sejam fabricadas com os materiais ideais e sejam projetadas para mitigar risco.

Na Fast Radius, prosperamos em exceder expectativas, e estamos bem posicionados para ajudar equipes de produto a navegar as muitas considerações em jogo em qualquer projeto de desenvolvimento de produto. Somos uma equipe apaixonada de designers e engenheiros buscando fazer parcerias de negócios duradouras que empurrem os limites do que é possível através da fabricação moderna. Nossos clientes aeroespaciais nos mantêm em um padrão mais alto não apenas para fabricação, mas para assessoria de design e engenharia. Entre em contato conosco hoje para começar.

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