MMC Magazine

Die weltweite Luft- und Raumfahrtindustrie gewinnt für die Fertigungsbranche zunehmend an Bedeutung und wird von den USA und Europa dominiert. An der Spitze steht das international renommierte Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) mit Boeing, eine Gruppe von Forschungszentren im Bereich fortgeschrittene Fertigungstechnik für die Luftfahrt. Für diese erste Ausgabe des Magazins von Mitsubishi Materials hat unser Redaktionsteam dem AMRC einen Besuch abgestattet, um herauszufinden, welche Vorteile die Zusammenarbeit zwischen Mitsubishi Materials und dem AMRC für die Luftfahrtbranche bringt.

Das AMRC in Rotherham bei Sheffield in Großbritannien wurde im Jahr 2001 zunächst als Gemeinschaftsprojekt der Universität von Sheffield und Boeing gegründet, unterstützt von Yorkshire Forward und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung. Die AMRC-Forschungsgruppe verfügt über Fachkompetenz in den Bereichen Zerspanung, Vergießen, Schweißen, additive Fertigung, Verbundwerkstoffe und Ausbildung. Mittlerweile zählt AMRC mehr als 80 Industriepartner, u.a. namhafte Unternehmen wie Boeing, Rolls-Royce, BAE Systems, Airbus und natürlich Mitsubishi Materials. Ziel und Zweck des Zentrums ist es, die Luftfahrtbranche zu unterstützen und führende Namen in der Fertigungsbranche, u.a. Mitsubishi Materials, DMG Mori, Nikken, NCMT, Renishaw und Starrag, zur Entwicklung von Innovationen anzuspornen und somit den OEMs aus dem Luftfahrtbereich ermöglichen, ihre Ziele zu erreichen. Zu diesen Zielen gehört insbesondere die schnellere und effizientere Fertigung von Bauteilen, ohne die Fertigungsanlage zu vergrößern.

Laut Schätzungen erwartet die Branche weltweit bis zum Jahr 2032 eine Nachfrage nach 29.000 neuen Passagierflugzeugen, 24.000 Business-Jets sowie 5.800 Regionalflugzeugen im Gesamtwert von über 5 Billiarden US-Dollar. Vor diesem Hintergrund treiben Zentren, wie das AMRC, in Zusammenarbeit mit der Industrie Innovationen an, um diesen Anforderungen nachkommen zu können. Während unseres Besuchs bei AMRC sprachen wir mit dem Commercial Director und Mitbegründer des AMRC Adrian Allen OBE (Officer of the British Empire, ein britischer Verdienstorden, Anm. d. Verf.), der auf die mit der Gründung des Zentrums verbundene Zielsetzung hinwies. 

Adrian Allen: „Als Professor Keith Ridgway CBE (Commander of the British Empire, Anm. d. Verf.) und ich das AMRC ins Leben riefen, bestand unser wichtigstes Ziel vor allem in der Schaffung nachhaltigen Wohlstands für alle Beteiligten. Und zwar nicht nur Wohlstand im finanziellen Sinne, sondern auch im Hinblick darauf, hochqualifizierte Arbeitsplätze zu schaffen sowie Mehrwert und Gewinn für unsere Partner zu erzeugen. 
Am Anfang haben wir uns konkrete Ziele mit einem Zeitrahmen gesetzt, aber nach der Errichtung unseres ersten Zentrums im Jahr 2004 übertrafen wir unsere Ziele im Handumdrehen und haben uns innerhalb von nur vier Jahren verdoppelt. 2014 haben wir unser Ausbildungszentrum eröffnet, das von 160 Auszubildenden pro Jahrgang auf derzeit über 400 angewachsen ist. Eines unserer ursprünglichen Ziele war die Schaffung hochqualifizierter Arbeitsplätze im Bereich Engineering – mit diesem Zentrum setzen wir unsere Absicht in die Tat um und bringen die nächste Generation britischer Ingenieure hervor.“

Das AMRC verfügt heute über sieben Gebäude, wobei der jüngste Ausbau das Projekt „Factory 2050“ ist. Bei diesem Bau, der im Verlauf des Jahres 2015 eröffnet werden soll, handelt es sich um die erste vollständig rekonfigurierbare digitale Fabrik im Vereinigten Königreich, durch die die Gesamtgrundfläche des AMRC auf stolze 38.925 m² anwachsen wird.

Die Fertigungshalle des AMRC gilt als Versuchsfeld für die nächste Generation der Fertigungstechnik. Die Werkzeugmaschinen am AMRC werden entweder durch die Werkzeugmaschinenhersteller oder
Luftfahrt-Erstausrüster zur Verfügung gestellt. Neueste technische Entwicklungen in den Bereichen Kühlmittel, Zerspanungswerkzeuge, Spanntechnik, CAM-Software und Bearbeitungsstrategien sowie neue Werkstoffzusammensetzungen werden bis zur Grenze an den Maschinen ausgetestet. Um einen reibungslosen Übergang von der Forschung zur Vollproduktion zu gewährleisten, kommen im AMRC den Industriestandards entsprechende Maschinen-Plattformen zum Einsatz. Der Vorteil für Luftfahrt-Erstausrüster besteht darin, dass vorhandene Werkzeugmaschinen dank der Einführung neuer Methoden und Strategien optimiert werden, ohne die bestehende Produktion unterbrechen zu müssen. Die Technik der Anlagenlieferanten wird rigorosen Tests unter von den führenden Namen der Luftfahrtindustrie vorgeschriebenen Bedingungen unterzogen. Ein Beispiel sind die umfangreichen Tests, die an den Fräsern der Coolstar-Serie von Mitsubishi Materials durchgeführt wurden. 

2013 nahm Mitsubishi Materials Kontakt mit dem AMRC hinsichtlich einer Mitgliedschaft auf; kurz danach wurde eine Tier-2-Mitgliedschaft vereinbart. Mitsubishi Materials liefert die neuesten Entwicklungen in Sachen Zerspanungswerkzeuge und bietet Unterstützung für die Ingenieure des AMRC. Dafür erhält Mitsubishi alle Ergebnisse und Feedbacks aus den Tests der Zerspanungswerkzeuge. Hierzu gehören auch Empfehlungen auf Grundlage der Tests am AMRC.

Mit dem AMRC als einzigartiges Forschungszentrum zum Austesten neuester Entwicklungen unter Bedingungen, die von internationalen Luftfahrt-Erstausrüstern vorgegeben werden, liefern die leitenden Ingenieure des AMRC Resultate, die die vollständige Erstausrüster-Konfiguration umfassen. Diese einzigartigen Testbedingungen berücksichtigen die Werkzeugmaschine, die Werkstoffe und Werkzeugwege, was in den internen Testeinrichtungen der Hersteller von Zerspanungswerkzeugen meist gar nicht möglich wäre. 

So gilt beispielsweise der 5-achsige Starrag STC1250 am AMRC als Industriestandard für diese Art der Bearbeitung; er verfügt über die dynamischen Kapazitäten, den Coolstar-Fräser bis zum Limit auszutesten.

Das AMRC verfügt über zahlreiche interne Forschungsabteilungen, unter anderem die „Process Technology Group“, die Strukturbauteile, z.B. Rumpf, Tragflächen etc., sowie Fahrwerke, Gehäuse, Wellen, Scheiben und Turbinenschaufeln abdeckt, und das „Composite Centre“, ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für die Herstellung von Verbundwerkstoffen. Zeitgleich mit dem Beitritt zum AMRC begann Mitsubishi die Zusammenarbeit mit der Abteilung für Strukturen an einem Projekt für das Taschenfräsen in Titan. Adrian Barnacle, Advanced Materials Application Manager bei Mitsubishi UK und erste Schnittstelle zum AMRC erklärt: „Das AMRC konzentriert sich in der Regel auf Projekte, die Erstausrüster für die Zukunft geplant haben. Für die Bearbeitung von Flugzeug-Strukturbauteilen aus Titan haben Luftfahrt-Erstausrüster und die Branche im Allgemeinen bisher Hochleistungs-Trennschneider mit maximalen Parametern für Tiefe, Breite und geringen Vorschubgeschwindigkeiten eingesetzt. MMC hat jedoch festgestellt, dass die Bearbeitung durch kleinere Schnitte bei deutlich höheren Geschwindigkeiten/Vorschüben in Kombination mit neuen Werkzeugwegen zu deutlich niedrigeren Zykluszeiten und Kosten führt. Kurzum: Mitsubishi Materials verändert mit dieser Erkenntnis derzeit die Überzeugung der Branche.“

Mr Daniel Smith, the AMRC lead engineer on the project stated in his report: "The 25mm development tool has a proven ability to run at elevated surface speeds with little effect on tool life when radial engagement and other temperature generation factors are controlled. Furthermore, speeds of up to 130m/min have been successfully trialled for roughing at ae = 10% of the tool diameter whilst finishing speeds of 160m/min yield an excellent surface finish and could potentially be increased to further reduce cycle times."

Mitsubishi believe the impact this machining strategy and the Coolstar range could have on titanium pocketing applications is considerable.

Adrian Barnacle states: "For pocket machining the Mitsubishi Coolstar is considerably outperforming other tools when using these machining parameters."

AMRC’s Structures Group Technical Lead Mr Adam Brown said: "The support that Mitsubishi has given the AMRC in the short time they have been partners has been extremely useful in terms of tooling development focusing on the needs of the industries we support. We particularly appreciated the engagement with Mitsubishi R&D in producing custom and development tools for testing. In all cases this has led to extremely successful outcomes for both research and application projects."

Adrian Barnacle added: "The aerospace industry has predominantly been the benchmark for heavy machining of difficult materials, however customers now want to reduce on-machine times and stock removal by obtaining components and structures as close to the near net shape as possible. With this mindset, the light and fast machining strategy for the Coolstar is already putting us at the forefront of the industry."