Ontdek STELIA Aerospace: Frankrijk's toonaangevende aerostructuur-fabriek in Méaulte

Met 7.000 werknemers wereldwijd en een omzet van €2,2 miljard in 2018, positioneert STELIA Aerospace (Toulouse, Frankrijk) zich duidelijk: nummer 1 in Europa en nummer 3 ter wereld voor aerostructuren, nummer 1 wereldwijd voor pilots- en bemanningstoelen en nummer 3 wereldwijd voor eerste- en businessclass-passagierstoelen.

Composieten in de productie

STELIA Aerospace's gebruik van composites strekt zich uit tot voorste rompsecties van de Airbus A350, vleugels voor ATR turboprop-vliegtuigen, diverse helikopterstructuren en in sommige stoelproducten, inclusief de nieuwste OPAL-stoel. Composietproductiefaciliteiten omvatten Franse sites Méaulte (grote rompsecties) en Salaunes (kleinere composietonderdelen), gedetailleerde onderdelen en montage in Marokko en Tunesië, en een breed scala aan composietonderdelen voor luchtvaart, defensie en ruimtevaart op de voormalige Composites Atlantic-site in Lunenburg, Nova Scotia, Canada.

STELIA Aerospace ontstond in 2015 uit de fusie van twee vroegere Airbus-dochters - Aerolia en Sogerma. De site Méaulte - een 1,5 uur rijden ten noorden van Parijs - beslaat 49 hectare met 150.000 vierkante meter productieruimte, 1.500 werknemers en 500 subaannemers, en is een sleuteldeel van de Airbus-toeleveringsketen. De locatie in een kleine stad verbergt een productiemacht: "we leverden 860 neusrompsecties voor de A320, A330, A350, A380 en A400M in 2018," zegt STELIA Méaulte-communicatiemanager Francois Fournier. Hij is mijn gids door de site's "Factory of the Future" A350-neusrompproductie en het STELIALAB R&T-faciliteit, vergezeld door Olivier Canal, hoofd R&T productie, montage & automatisering, composieten & digitale fabriek bij STELIA Aerospace Méaulte, en Simon Maire-Vigeur, hoofd R&T composietproductie, STELIALAB.

"Factory of the Future"

Tijdens een inleidende presentatie in het hoofdpand van de site, legt Fournier uit dat STELIA Aerospace heeft geïnvesteerd in toekomsttechnologieën, zoals digitale productie en automatisering, met inbegrip van augmented reality/virtual reality om de efficiëntie in de productie te verhogen en robots/cobots voor efficiëntere montage.

"De toekomst is composites én metallische structuren," merkt Canal op. "We proberen toekomstige oplossingen te definiëren niet om onze werknemers te vervangen, maar om ze efficiënter te maken."

Deze drang naar efficiëntie wordt misschien het beste getuigd door de "Factory of the Future"-initiatief, gestart vijf jaar geleden om tegemoet te komen aan productiestijgingen van de A320 en A350. "We omarmden een nieuwe industriële strategie voor deze site," herinnert Canal, die projectmanager was voor de initiatief. "We wilden de mogelijkheid hebben om variabele productiesnelheden aan te kunnen en ontwikkelden flexibele tooling die we van het ene programma naar het andere konden hergebruiken."

Een ander resultaat van deze heroverweging was het toewijzen van gebouwen aan specifieke programma's. "Elk zou één lijn en één team hebben," zegt Canal, "en ontworpen zijn met een lean manufacturing-benadering die zich richt op het elimineren van verspilling in arbeid, beweging, materialen en proces." STELIA Aerospace herontwierp ook de A320-lijn en behaalde een productiviteitsstijging van 10-20%, "wat eigenlijk een significante verbetering is," zegt Canal. "We bereikten dit in 2,5 jaar, waarbij meer dan 50% van de voetafdruk van de productie op deze site werd gewijzigd, terwijl de productie én 100% on-time delivery werd gehandhaafd zonder kwaliteitsverlies." Dit succes wordt toegeschreven aan steun van topmanagement, "maar we hebben ook hard gewerkt om de werknemers eigenaarschap te geven," merkt hij op.

Canal legt uit dat het ontwerp van het 30.000-vierkante-meter A350-productiegebouw werd gedicteerd door stroom, geïllustreerd in de U-vorm, met grondstoffen die aan de ene kant binnenkomen en afgeronde rompsecties die aan de andere kant vertrekken. "Alles voor onze A350-structuurproductie zit in dit gebouw, van beginnende leging tot finale montage. Dit is belangrijk, bijvoorbeeld om kwaliteitsproblemen snel en gemakkelijk te identificeren en aan te pakken," zegt hij.

Voor de A350 produceert STELIA Aerospace de neusrompsectie 11, die volledig metaal is om vogelbotsingsschade beter te weerstaan, evenals de complexe metaal/composite hybride montage voor sectie 11/12, die de neuslanding gear-bay omvat. Fournier toont STELIA Aerospace's "Factory of the Future"-video, waarin de gepulste lijn wordt getoond, zoals die gebruikt wordt voor automobielmontage. "We zetten een demoliijn op om de werknemers te laten trainen en deze bewegende lijn ontluikster te maken, die werkt met een specifieke takt-tijd om de volle productiesnelheid te halen," zegt Canal.

Een ander aspect was digitale technologie. "Digitale oplossingen stelden ons in staat om alle technische schema's en stappen op een tablet te zetten en toegang te garanderen tot de laatste 3D-mockup voor elke sectie," zegt Canal. Werknemers worden zo op de hoogte gehouden van cruciale details en wijzigingen, terwijl managers gemakkelijk worden geïnformeerd over potentiële problemen. "We hebben ook augmented reality ontwikkeld om montage te ondersteunen, bijvoorbeeld projectie op de rompschillen die tonen welke onderdelen en waar de bevestigingen moeten worden gemaakt," merkt Canal op. Hij voegt toe dat inspectie-cobots worden gebruikt om 3D-scans te maken van afgeronde secties die vervolgens worden vergeleken met de digitale mockup, waarmee vreemde voorwerpen of ontbrekende onderdelen, kwaliteitsproblemen, etc. geïdentificeerd worden.

Onze tour begon in de cleanroom van het A350-productiegebouw, waar Coriolis (Quévén, Frankrijk) geautomatiseerde vezelplaatsingsmachines (AFP) grote koolstofvezel-versterkte polymeren (CFRP) rompschillen leggen voor de sectie 11/12 onderkant, en de kroon en twee zijschillen voor sectie 12. Deze schillen worden vervolgens gemate met voorgefabriceerde stringers, vacuümgepakt en gecureerd in een autoklaaf. Na curering worden ze getrimd en op handhavingsinstrumenten geladen die eenvoudig transport door alle montagestappen mogelijk maken, inclusief robotische boor- en bevestigingsplaatsing. Elk paneel wordt geïnspecteerd met geautomatiseerde niet-destructieve testen (NDT). Voltooide montages worden geleverd aan de Airbus-rompmontagelijnen in Saint-Nazaire, Frankrijk.

STELIALAB

De volgende stop is het 2.000-vierkante-meter STELIALAB R&T-centrum, dat de linkerkant van IndustriLAB inneemt, een regionale technologie- en trainingsfaciliteit net ten zuiden van het STELIA-poortcomplex. STELIALAB-activiteiten zijn gewijd aan composieten, montage en digitale technologieën.

De tour hier begint weer in de salle blanche (cleanroom), een vrij grote, open ruimte met bagging-materiaal en leginstrumenten. Simon Maire-Vigueur legt uit dat de missie van de groep is om de toekomst te identificeren voor laagkost, hoogvolume productie voor voornamelijk grote en complexe onderdelen. Industrialisatie van thermohardende composieten omvat high-speed AFP en vloeistofharsinfusie (LRI) processen, inclusief resin transfer molding (RTM), voor grote, gesloten doosstructuren zoals vleugelcomponenten, horizontale en verticale staartvlakken.

Na de cleanroom verlaten, betreden we de AFP-ruimte bezet door een Coriolis-machine die onderdelen tot 4 meter lengte kan leggen. Toegewijd aan R&T, merkt Maire-Vigueur op dat het meer dan 200 dagen per jaar bezet is. STELIALAB heeft een proces ontwikkeld voor het integreren van door AFP gecreëerde droge stiffeners en schillen die out-of-autoclave (OOA) gecureerd worden met een oven of zelfverwarmende tools. "We kiezen voor LRI met lagere injectiedruk omdat we goedkopere tools kunnen gebruiken," zegt Maire-Vigueur.

TPC-roadmap

Deze AFP-machine werd ook gebruikt om de schil te leggen voor de volledig thermoplastische composite (TPC) helikopter-romp/stuurboom-demonstrator als onderdeel van het ARCHES TP-ontwikkelingsprogramma. Getoond op de Paris Air Show 2017 en ook op JEC World in 2018 en 2019, werd het gemaakt met 8 tows van 0,25-inch brede koolstofvezel/polyetherketoneketon (PEKK) tape met laserverhitting. "We integreerden de bliksembeveiliging met de AFP tijdens het leggen," merkt Maire-Vigueur op. "De schil werd OOA-gecureerd met Kapton-baggingfilm, wat eigenlijk niet heel handig is." Omega-vormige stringers werden gemaakt van gekochte unidirectionele tape platte panelen die gestampt werden door Aviacomp (Toulouse, Frankrijk). Hetzelfde proces werd gebruikt voor frames, maar met platen gemaakt van geweven materiaal geleverd door Porcher (Badinières, Frankrijk) en gestampt bij Cetim (Nantes, Frankrijk). Hoewel de frames op standaardwijze mechanisch bevestigd werden, werden de stringers bevestigd met geautomatiseerde, dynamische inductielassen. "Dit maakt lagere kosten en nieuwe ontwerpmogelijkheden mogelijk," merkt Maire-Vigueur op. "We hebben ook overmolding gedemonstreerd voor bevestigingspunten, zoals voor elektrische harnesses."

Als men vraagt naar de uitdagingen van het programma, noemt Maire-Vigueur de legging, lassen en de 15-maanden tijdslijn. "Zelfs het bereiken van het stampen zonder te veel vervorming in het geweven materiaal was niet makkelijk," voegt hij toe. Hoewel het stuurboom-ontwerp werd voltooid door STELIA Aerospace's Toulouse-ontwerpkantoor, werd alle productie begeleid door STELIALAB. ARCHES TP was echter slechts één stap in STELIA Aerospace's thermoplastische composites roadmap. Het bedrijf ontwikkelt TPC-technologieën voort om de haalbaarheid van een volledig schaal TPC-romp in de komende jaren te demonstreren.

Toekomstige aerostructuren herverbeeldingen

De AFP-ruimte verlaten, gaat de tour door een heel grote, open hal die is ingedeeld in beveiligde "ontwikkelcellen" door tijdelijke muren om intellectueel eigendom te beschermen. Door de hal lopen en linksafslaan, bereiken we een gebied met een kleine Scholz (Coesfeld, Duitsland) autoklaaf capabel van 450°C, en een injectiemachine voor harsinfusie. "Omdat onze roadmap is om OOA te cureren, gebruiken we de autoklaaf eigenlijk als een oven, thermoplastische composites curerend zonder druk," legt Maire-Vigueur uit. Er is een gordijn-trimruimte en een gebied ernaast met NDT-apparatuur, inclusief een klein C-scan-systeem.

We slaan weer om en betreden een grote testlaboratorium. "We kunnen gepolijste dwarsdoorsneden bestuderen voor kwaliteitscontrole en materiaal- en procesonderzoeken," zegt Maire-Vigueur. Het laboratorium heeft ook een Romer (Hexagon Manufacturing Intelligence, Shropshire, VK) arm voor coördinaatmeting, en apparatuur voor vezelvolumeverhouding, hardheid en chemische testen. "Alle ingenieurs in ons R&T-team zijn in staat om hun eigen materiaal- en procescontrole te doen," merkt Maire-Vigueur op. "We trainen ze om te kunnen opereren van ontwerp door productie naar inspectie en test van eindonderdelen. Dit is belangrijk om het hele proces te begrijpen en stelt snelle beoordeling van vermoedelijke problemen en hun oorzaken in staat. Ontwerp is niet gescheiden van productie en kwaliteitstesten."

De laatste stop is een grote automatiseringslab binnen een van de afgeschermde gebieden. Een korte blik binnen toont werk dat nieuwe montage met robots en cobots onderzoekt. "We kijken naar verdere ontwikkeling van kleinere, meer functionele tooling en proberen te verbeelden hoe je onderdelen sneller en met lagere kosten samen kunt zetten," zegt Canal. "Onze cultuur is een van grenzen verleggen en nieuw grond breken. We zijn een leider geweest in het implementeren van robotica en nu zijn we een leder in het duwen van composietentechnologie. We hebben onze vermogen getoond om na te denken en de toekomst te herverbeelden en we zullen nooit stoppen."

Met de commerciële luchtvaartindustrie die verwacht wordt te verdubbelen in de komende 20 jaar, zal het voldoen aan de vraag naar passagiers- en vrachtvliegtuigen nieuwe technologieën en ongekende productiesnelheden vereisen.

Lees meer over de materialen en processen die next-generation vliegtuigen zullen vormgeven in een verzameling verhalen van CompositesWorld, Modern Machine Shop en Additive Manufacturing, beschikbaar om gratis te lezen of te downloaden. Haal het hier.