CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt: Präzisionsleitfaden für die Branche

Bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt werden computergesteuerte spanende Verfahren wie Drehen, Fräsen und Mehrachsbearbeitung eingesetzt, um Bauteile herzustellen, die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigungsindustrie an Zertifizierung, Werkstoffrückverfolgbarkeit und Toleranzen erfüllen müssen. Der Zerspanungsprozess unterscheidet sich grundsätzlich nicht von der konventionellen CNC-Bearbeitung; der Unterschied liegt in den angewandten Normen und Prozesskontrollen. Bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt geht es nicht einfach um engere Toleranzen. Entscheidend ist, für jedes Geometrieelement festzulegen, wo diese Toleranzen relevant sind, welche Werkstoffe und Oberflächenbeschaffenheiten zur Anwendung passen, wann eine 5-Achs-Bearbeitung in einer Aufspannung wirtschaftlich ist, was AS9100 zusätzlich zu ISO 9001 bietet und wie CNC-Verfahren im Vergleich zu Alternativen wie 3D-Druck und Feinguss abschneiden. Überarbeitet im August 2026.

In der gesamten Luft- und Raumfahrtbranche erwarten Unternehmen zunehmend, dass Zulieferer nicht nur dokumentieren, ob ein Bauteil der technischen Zeichnung entspricht, sondern auch, wie es gefertigt wurde. Diese Rückverfolgbarkeit ist ein Grund dafür, dass die Branche bei Strukturbauteilen auf CNC-Bearbeitung setzt. Hersteller nutzen CNC-Bearbeitung, wenn sie vor dem ersten Schnitt einen validierten Werkzeugweg benötigen, damit sich dieselbe kontrollierte Abfolge innerhalb einer Charge wiederholen lässt. CNC-Maschinen können vor Fertigungsbeginn mit diesem freigegebenen Werkzeugweg programmiert werden.

Was ist CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt? (Und worin unterscheidet sie sich von der herkömmlichen CNC-Bearbeitung?)

Abgesehen von den zugehörigen Dokumentationspflichten und Prozesskontrollen kommen bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt im Allgemeinen keine anderen Zerspanungsverfahren zum Einsatz als bei der herkömmlichen CNC-Bearbeitung für kommerzielle Anwendungen. Eine 5-Achs-Maschine, die Halbzeug aus Aluminium bearbeitet, weiß nicht, ob das Werkstück später zu einer Konsolenhalterung für Verbraucherprodukte oder zu einer Flugzeugzelle gehört.

Was sich ändert, ist, wie streng die Toleranzen für die einzelnen Geometrieelemente gelten, wie viel Werkstoffhistorie das Bauteil durch die Fertigung begleitet und welche Unterlagen der Kunde vor der Abnahme verlangt. „Luft- und Raumfahrt-Zerspanung“ ist daher weniger eine eigenständige Zerspanungstechnologie als vielmehr ein Qualitäts- und Dokumentationsrahmen für das konventionelle CNC-Drehen und -Fräsen.

Worin unterscheidet sich die Zerspanung für die Luft- und Raumfahrt von der herkömmlichen CNC-Bearbeitung?

Im Ablauf liegt der Unterschied nicht in der Mechanik: Dieselbe 3-Achs- oder 5-Achs-CNC-Fräsmaschine kann beide Werkstückarten fertigen. Die Fertigung für die Luft- und Raumfahrt ergänzt die Toleranzfestlegung für einzelne Geometrieelemente und die dazugehörige Dokumentation, darunter Werkstoffzertifikate, Erstmusterprüfberichte und in manchen Fällen Nachweise zum Qualitätsmanagementsystem nach AS9100.

Was ist CNC-Bearbeitung und warum ist sie für die Luft- und Raumfahrt wichtig?

Bei der CNC-Bearbeitung werden Bauteile für die Luft- und Raumfahrt gefertigt, indem Halbzeug in Stangenform oder ein massiver Block entlang computergesteuerter Werkzeugwege zerspant wird, die auf einem CAD/CAM-Modell basieren. Die Anwendungen reichen von Strukturhalterungen und Gehäusen bis zu Verbindungselementen und Fittings. Moderne CNC-Anlagen können denselben Fertigungsplan vom Prototyp bis zur Seriencharge einsetzen.

Die Vielseitigkeit der CNC-Bearbeitung beruht zu einem großen Teil darauf, dass sich damit Aluminiumlegierungen, legierte Stähle und Edelstähle mit einem gemeinsamen Grundprozess bearbeiten lassen. Für Strukturbauteile kommt CNC-Bearbeitung häufig zum Einsatz, weil dafür keine speziellen Gießwerkzeuge erforderlich sind. Sie eignet sich daher für die Lieferkette der Luft- und Raumfahrt, wenn sich Konstruktionen noch ändern können. Bei Drehteilen steuert das CNC-Drehen Rundheit und Konzentrizität, während beim CNC-Fräsen ebene Dichtflächen, Taschen und Geometrieelemente auf mehreren Ebenen entstehen. CNC-Bearbeitung eignet sich auch für Bauteile, die diese Geometriearten in einem Fertigungsplan vereinen.

Programme setzen auf CNC-Bearbeitung, weil sich damit der Fertigungs- und Prüfplan, der für das erste abgenommene Teil angewandt wurde, über die gesamte Charge hinweg wiederholen lässt. In der Luft- und Raumfahrtfertigung dient Zerspanung dazu, wiederholgenaue Bauteile herzustellen, wenn Rückverfolgbarkeit wichtig ist. CNC-Bearbeitung ist sowohl für gewöhnliche Strukturbauteile als auch für Teile mit engen Toleranzen ein wesentlicher Bestandteil der Zerspanung in der Luft- und Raumfahrt. In anspruchsvollen Luft- und Raumfahrtprogrammen können für beide Kategorien dieselben Maschinensteuerungen und dokumentierten Prüfverfahren eingesetzt werden. Das zeigt, welchen Beitrag CNC-Bearbeitung über die reine Formgebung hinaus leistet.

Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt: qualifizierte Werkstofffamilien und Grenzen

Bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt werden Werkstoffe nach qualifizierter Werkstofffamilie sowie programmspezifischer Werkstoffsorte und Oberflächenbeschaffenheit ausgewählt. Die drei folgenden Familien decken die meisten Anwendungen für Strukturbauteile, Fluidsysteme und Verbindungselemente ab. Bei den Werkstoffen für CNC-Programme und die Fertigung von Flugzeugen und Raumfahrzeugen sowie bei Werkstoffen für die Luft- und Raumfahrt im Allgemeinen gilt es, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Zerspanbarkeit und Rückverfolgbarkeit abzuwägen. Bauteile für die Lieferkette der Luft- und Raumfahrt, ob für einzelne Anwendungsbereiche oder die Branche insgesamt, stammen häufig aus diesen Familien. Jede eignet sich für Strukturbauteile oder Fluidsysteme in der Luft- und Raumfahrt, sofern Werkstoffsorte und Oberflächenbeschaffenheit der Spezifikation entsprechen.

Eine begutachtete Studie aus dem Jahr 2025 zur CNC-Messtechnik an fünf Werkstoffen ergab, dass die Messabweichungen je nach Werkstoff und Messgerät variieren. Das unterstreicht, wie wichtig es ist, eine qualifizierte Werkstoffsorte mit dem zugehörigen Prüfplan zu verknüpfen.

Vor der Betrachtung einzelner Legierungen ist es hilfreich zu wissen, dass Dienstleister für die CNC-Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt meist mit einer kleineren Werkstoffauswahl arbeiten als allgemeine Präzisions-CNC-Dienstleister. Das liegt nicht an den Möglichkeiten der Maschinen: Für jedes Bauteilprogramm wird in der Luft- und Raumfahrt üblicherweise eine engere Auswahl zertifizierter, rückverfolgbarer Werkstoffe festgelegt.

Diese Festigkeits- und Dichtewerte erklären einen großen Teil der folgenden Überlegungen zur Legierungsauswahl. Aluminium 6061-T6 weist eine Zugfestigkeit von etwa 45.000 psi (310 MPa) bei einer Dichte von rund 0,098 lb/in³ (2,70 g/cm³) auf; 7075-T6 erreicht bei nahezu gleicher Dichte rund 83.000 psi (572 MPa). Dieser Festigkeitsunterschied ist ein wesentlicher Grund dafür, dass 7075 häufiger für belastete Halterungen und 6061 für allgemeine Struktur- und Gehäuseteile verwendet wird. Edelstahl 304 erreicht eine Zugfestigkeit von etwa 85.000 psi (585 MPa) und ist deutlich korrosionsbeständiger als beide Aluminiumsorten, hat aber ungefähr die dreifache Dichte (rund 0,29 lb/in³ / 8,0 g/cm³). Bei der Wahl zwischen diesen beiden Werkstofffamilien muss der Konstrukteur für das jeweilige Bauteil Festigkeit und Gewicht gegen Korrosionsbeständigkeit abwägen. Auch bei der Zerspanbarkeit zeigt sich ein ähnliches Muster: Mit Hartmetallwerkzeugen wird Aluminium 6061 üblicherweise bei Schnittgeschwindigkeiten von rund 800–1.200 Oberflächenfuß pro Minute bearbeitet, während der zähere, stärker kaltverfestigende Edelstahl 304 meist nur mit 100–150 Oberflächenfuß pro Minute zerspant wird. Deshalb dauert die Bearbeitung eines Edelstahlteils bei ähnlicher Geometrie gewöhnlich länger als die eines Aluminiumteils.

Oberflächenbehandlung: Passivieren und Eloxieren

Zerspanen, Schweißen, Umformen oder Wärmebehandeln kann die mikroskopisch dünne Chromoxidschicht beschädigen, die Edelstahl schützt. Bauteile für die Luft- und Raumfahrt aus diesen Legierungen müssen daher nach der Fertigung häufig passiviert werden. AMS 2700 (Luft- und Raumfahrtnorm) und ASTM A967 (allgemeine Stahlnorm) legen Prozessparameter, Prüfverfahren und Anforderungen an die Chargenabnahme fest. Aluminiumteile benötigen je nach Einsatzbedingungen stattdessen möglicherweise eine Eloxierung oder Beschichtung. Der Vergleich der Oberflächenbeschaffenheiten von ProtoLabs fasst gängige Optionen für Galvanisieren, Beschichten und Eloxieren zusammen. In technischen Zeichnungen sollte die Behandlung angegeben sein, die zum Werkstoff und zu den Betriebsbedingungen passt.

Ist Titan für CNC-Bauteile in der Luft- und Raumfahrt immer erforderlich?

Nein. Für die meisten Strukturbauteile, Fittings und Gehäuse werden die oben genannten Aluminium-, Edelstahl- sowie Kohlenstoff- und legierten Stähle verwendet, weil diese Werkstoffe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Zerspanbarkeit, Kosten und Lieferzeit ausgewogen verbinden. Konstrukteure greifen vor allem dann auf Titan und nickelbasierte Superlegierungen zurück, wenn heiße Triebwerksbereiche oder Triebwerksteile eine hohe Temperaturfestigkeit erfordern. Daher sind diese beiden Werkstofffamilien weder für Flugzeugzellen noch für allgemeine Baugruppen die Standardwahl.

Toleranzen bei der Zerspanung für die Luft- und Raumfahrt: Warum nicht jedes Geometrieelement ±0.001 in benötigt

Alle Toleranzen einer technischen Zeichnung auf den engsten Wert festzulegen, den die Zerspanung erreichen kann, mag sicher klingen, ist jedoch mit beträchtlichen Kosten verbunden. Laut einer Zerspanungsstudie der Sandia National Laboratories aus dem Jahr 2008 steigen die Kosten für engere Zerspanungstoleranzen stark und nicht linear. Einige unnötig enge Toleranzen können daher die Kosten eines Flugzeugzellenbauteils erheblich erhöhen. Die meisten Ingenieure gehen stattdessen geometrieelementbezogen vor: Sie bewerten jedes Element nach seiner Kritikalität und legen die Toleranz anhand der Funktion des Bauteils fest.

Das 3-Stufen-Modell für Toleranzen in der Luft- und Raumfahrt

Eine sinnvolle Möglichkeit, Geometrieelemente auf Ihrer technischen Zeichnung zu priorisieren, ist die Bewertung der Folgen einer Maßabweichung:

Das entspricht der üblichen Ingenieurpraxis und ist kein neues Konzept. Die zitierte Studie von Sandia verwendete für ihre Bewertung der Maschinen- und Genauigkeitsfähigkeiten im Verhältnis zu erwarteten Toleranzen in der Luft- und Raumfahrt ein „Kreis-Raute-Quadrat“-Design aus dem Dokument der National Aerospace Standards NAS-979, „Uniform Cutting Tests“, das erstmals 1969 veröffentlicht wurde. Ingenieure geben Toleranzen üblicherweise mit geometrischer Bemaßung und Tolerierung (GD&T) nach der Norm ASME Y14.5 der American Society of Mechanical Engineers an. Eine praktische Erläuterung dazu bietet der Leitfaden von Protolabs zu CNC-Toleranzen. Ein üblicher Toleranzbereich von 0,005-0,010 in für gängige Geometrieelemente wird vielfach angegeben. Einige Fertigungsbetriebe nennen äußerst enge Toleranzen um 0.001 in oder 0,025 mm. Käufer sollten diesen Wert jedoch als betriebsbezogenen Richtwert und nicht als allgemein gültige Branchenvorgabe betrachten.

Wird eine Toleranzvorgabe von etwa 0,2 mm auf 0,02 mm – also um eine Größenordnung – verengt, ändern sich die Anforderungen an Werkzeuge, Zeitplanung und Prüfung für genau dieses Geometrieelement. Es geht dabei um mehr als nur die Zahl auf der technischen Zeichnung.

Bauteile für die Luft- und Raumfahrt weisen häufig Vorgaben aus mehreren Toleranzstufen auf. Ingenieure legen die Toleranz daher für jedes Geometrieelement einzeln fest, statt überall denselben Wert anzusetzen. Die erreichbaren Maße bei jedem Arbeitsgang hängen von der Werkzeugsteifigkeit, dem Halbzeug und der Zahl der Aufspannungen ab. An derselben Halterung kann eine präzise bearbeitete Passfläche der Stufe 3 neben einer Freistellungsbohrung der Stufe 1 liegen und zu Recht eine andere Toleranzvorgabe erhalten. Diese Betrachtung einzelner Geometrieelemente zeigt, was die CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt erfordert und worin sie sich von allgemeiner CNC-Bearbeitung unterscheidet.

Die Wärmeausdehnung ist ein Grund dafür, dass einige flugkritische Maße unter kontrollierten Bedingungen geprüft und verifiziert werden, statt sie direkt an der Maschine zu messen. Aluminium 6061 hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 13.1 µin/in/°F (23,6 µm/m/°C), während sich Edelstahl 304 mit rund 9.6 µin/in/°F (17,3 µm/m/°C) langsamer ausdehnt. Bei einem 10 in langen Aluminiumteil kann ein Temperaturunterschied von 20°F zwischen einer warmen Werkhalle und einem klimatisierten Prüfraum ein Maß um rund 0.0026 in verändern. Deshalb wird die Temperatur in Präzisionsprüfräumen üblicherweise nahe der stabilen Referenztemperatur von 68°F (20°C) gehalten.

Was ist Präzisionszerspanung für die Luft- und Raumfahrt?

Präzisionszerspanung für die Luft- und Raumfahrt bezeichnet CNC-Drehen oder -Fräsen im engeren Toleranzbereich der oben beschriebenen Stufen, insbesondere bei Geometrieelementen mit Funktionspassung und Flugkritikalität. Die Rückverfolgbarkeit muss ausreichen, um nachzuweisen, dass das Bauteil die vorgegebene Toleranz erfüllt hat und nicht lediglich auf einer leistungsfähigen Maschine bearbeitet wurde.

Wie werden enge Toleranzen an Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt geprüft?

Flugkritische Geometrieelemente und solche mit Funktionspassung werden häufig mit einem KMG statt mit Handmessmitteln geprüft, da sich KMG-Ergebnisse dokumentieren und direkt den GD&T-Vorgaben der technischen Zeichnung zuordnen lassen. Weniger kritische allgemeine Geometrieelemente lassen sich oft mit einfacheren Werkzeugen wie Messschiebern prüfen. Welcher Teil des Prüfplans mit dem KMG und welcher von Hand geprüft wird, wird später in diesem Leitfaden erläutert.

5-Achs-CNC-Maschinen für die Luft- und Raumfahrt: Spannvorrichtungen und Bearbeitung in einer Aufspannung

Jedes Mal, wenn ein Bediener ein Bauteil ausspannt und erneut in einer Spannvorrichtung einspannt, kann die neue Aufspannung einen Positionier- oder Indexierfehler verursachen. Bei einer Maßkette summieren sich solche kleinen Fehler zur gesamten Toleranzkette. Das 5-Achs-Fräsen in einer Aufspannung verringert bei anspruchsvollen Geometrien für die Luft- und Raumfahrt die Zahl unabhängiger Aufspannfehler. Weniger Aufspannungen bedeuten weniger Fehlerquellen.

Eine allgemeine Darstellung zum Aufschlüsseln von Toleranzketten aus Sicht eines Zulieferer-Ingenieurs nennt sieben häufige Ursachen: Fehler bei der Bezugswahl, Verschiebung des Werkstücks während der Zerspanung, durch die Spannvorrichtung verursachte Verformung, Wärmeausdehnung, Werkzeugverschleiß, mehrere Aufspannungen und uneinheitliche Prüfbezüge. Für jede Ursache gibt es eigene Maßnahmen zur Vermeidung. Dieselbe Quelle unterscheidet außerdem mehrere leicht zu verwechselnde Arten von Bezügen: den vom Konstrukteur in der technischen Zeichnung festgelegten Bezug, den in der Fertigung am Bauteil eingerichteten Bezug, den vom Prüfpersonal am KMG festgelegten Bezug und den für die Flugzeugmontage erforderlichen Funktionsbezug. Wie die Quelle hervorhebt: „Die größte oder am einfachsten zugängliche Fläche ist nicht automatisch das zuverlässigste Bezugselement.“ Das sollte man vor Beginn der Konstruktion der Spannvorrichtung bedenken.

Spannvorrichtungen für dünnwandige Teile: Werkstückspannung für Geometrien in der Luft- und Raumfahrt

Dünnwandige Gehäuse und Halterungen für die Luft- und Raumfahrt stellen besondere Anforderungen an die Werkstückspannung: Eine Spannkraft, die ein dickes, steifes Teil sicher hält, kann ein dünnwandiges Teil verformen. Nach dem Ausspannen kann die Wand zurückfedern und ein Merkmal außerhalb der Toleranz zeigen, das in der Spannvorrichtung noch maßhaltig war. Technische Leitlinien der Branche empfehlen daher bei dünnwandigen, asymmetrischen oder zu Eigenspannungen neigenden Teilen eine Abfolge aus „Schruppen, Stabilisieren, erneut Prüfen und Schlichten“: Zunächst wird der Großteil des Materials abgetragen, dann kann sich das Teil entspannen, seine Geometrie wird erneut geprüft und anschließend werden die abschließenden Schlichtschnitte ausgeführt.

Auch außerhalb von Marketingmaterialien gibt es dokumentierte technische Belege für die 5-Achs-Bearbeitung komplexer, dünnwandiger Kanalgeometrien in einer einzigen Aufspannung. Ein Hexagon Manufacturing Intelligence zugeordnetes Patent (US8,977,382 B2) zum trochoidalen Schruppen von Kanälen erläutert die zugrunde liegende Einschränkung klar: Eine 3-Achs-Maschine ist auf translatorische Werkzeugbewegungen entlang jeweils zweier Achsen beschränkt. Dadurch kann es physisch unmöglich sein, tiefe, schmale, dünnwandige Kanäle zu schruppen, ohne Material abzutragen, das erhalten bleiben soll. Die zusätzliche Drehfreiheit einer 5-Achs-Aufspannung ermöglicht dagegen mit Flankenfräsen entlang einer trochoidalen Bahn die Bearbeitung derselben Geometrieelemente ohne dieses Risiko. Das Patent wird hier als Beleg dafür angeführt, dass die zugrunde liegende Technik als anerkannte Ingenieurpraxis gilt, nicht als Beschreibung des Patentportfolios von Zhenling.

Das bedeutet nicht, dass 5-Achs-Bearbeitung automatisch für jedes Teil die richtige Wahl ist. Branchenquellen stimmen in diesem Punkt überein: „5-Achs-Bearbeitung ist nicht für jedes Luftfahrtteil erforderlich – einfache Platten, Distanzstücke oder Blöcke lassen sich möglicherweise besser 3-achsig bearbeiten.“ Die zielführendere Frage lautet nicht „Ist 5-Achs-Bearbeitung besser?“, sondern „Wann wird sie tatsächlich benötigt?“. Auch Fachbeiträge zur Zerspanung dokumentieren diesen Zielkonflikt: Sie verknüpfen die 5-Achs-Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung direkt mit weniger Aufspannungen und engeren Positionstoleranzen bei komplexer Luftfahrtgeometrie. Zugleich weisen sie darauf hin, dass Spann- und Werkzeuglösungen wie Schwalbenschwanzspannung oder Schrumpfwerkzeughalter zum Teil passen müssen – nicht bloß zur Anzahl der Achsen.

Die 5-Achs-Bearbeitung lohnt sich vor allem bei komplexen Luftfahrtteilen mit tiefen Taschen, abgewinkelten Ansätzen und Geometrieelementen auf mehreren Ebenen, die andernfalls mehrere separate Aufspannungen erfordern würden. Entscheidend ist dabei auch die Abstimmung der CNC-Bearbeitung auf die Spannvorrichtung und die oben erläuterte Bezugselementstrategie; die Anzahl der Achsen allein bestimmt nicht das Ergebnis. Unsere Möglichkeiten zur Bearbeitung von Luftfahrtteilen beruhen hier auf importierten 5-Achs-Bearbeitungszentren, kombiniert mit der in diesem Abschnitt beschriebenen Bezugselement- und Spannvorrichtungsdisziplin – nicht allein auf der Achsenzahl. Bei wirklich komplexen Teilen macht diese Kombination die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung zu einer lohnenden Investition.

CNC-Fräsen mit 3, 4 oder 5 Achsen: Wo liegen die Unterschiede?

Bei der 3-Achs-Bearbeitung bewegt sich das Werkzeug entlang der X-, Y- und Z-Achse. Das eignet sich für ebene und moderat abgestufte Geometrien, doch für Geometrieelemente auf gegenüberliegenden Seiten muss das Bauteil erneut aufgespannt werden. Eine 4. Achse ergänzt eine Drehbewegung um eine Achse, sodass Geometrieelemente rund um einen Zylinder ohne erneutes Aufspannen gefräst werden können.

Eine 5. Achse ergänzt eine zweite Drehbewegung und ermöglicht bei einer Aufspannung einen größeren Werkzeugzugangsbereich für Freiformflächen oder tiefe Taschen, wie in der vorherigen Erläuterung zur Toleranzkette beschrieben.

Warum ist die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung bei Teilen mit engen Toleranzen wichtig?

Jedes erneute Spannen kann zusätzlich zu den prozessbedingten Abweichungen eine weitere Quelle für Ausrichtungsfehler sein. Ein Teil, das in einer einzigen Aufspannung bearbeitet wird, hat daher in seiner abschließenden Toleranzkette weniger unabhängige Fehlerquellen als ein Teil, das in drei oder vier separaten Aufspannungen bearbeitet wird – vorausgesetzt, Spannvorrichtung und Bezugselementkonzept sind solide.

AS9100: Was die Zertifizierung tatsächlich erfordert (Informationen für Einkäufer, keine Werbung für eine Zertifizierung)

Nachdem die oben beschriebene Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung die Quellen geometrischer Abweichungen reduziert hat, richtet AS9100 den Blick der Einkäufer darauf, wie der Fertigungsbetrieb seine Prozesse steuert und dokumentiert. Aktuelle Fachbeiträge über Fertigungsbetriebe, die eine AS9100-Zertifizierung erhalten, zeigen, dass Einkäufer die Zertifizierung weiterhin als Signal für die Lieferantenqualifizierung nutzen. Dieser Abschnitt erläutert, wie ein AS9100-Zertifikat und die zugehörigen Unterlagen zu verstehen sind. Zertifizierungsdienstleistungen sind nicht Gegenstand dieses Beitrags; unser Angebot zur Zerspanung wird auf der separaten Seite zu unseren Möglichkeiten für die Luft- und Raumfahrt vorgestellt.

Einkäufer sollten klar dokumentierte Anforderungen von weiter gefassten Aussagen unterscheiden. Die Normenseite von SAE International, die Governance-Unterlagen der IAQG und ein Umsetzungsleitfaden des NASA Langley Research Center beschreiben AS9100 als Ergänzung der ISO-9001-Grundlage um „zusätzliche Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie“ von SAE/IAQG. Die Erstmusterprüfung ist der am klarsten dokumentierte Teil der Unterlagen eines Fertigungsbetriebs. Themen wie Konfigurationsmanagement und Risikominderung fallen häufig unter branchenspezifische Anforderungen der Luft- und Raumfahrt, werden in öffentlich zugänglichen Quellen jedoch nicht als eine einzelne, klar abgegrenzte Prüfliste dargestellt. Einkäufer sollten mit den FAI-Unterlagen beginnen und den Lieferanten anschließend auffordern, jede weitere von ihm zugesagte Kontrolle nachzuweisen.

Was ein Erstmusterprüfbericht (FAIR) umfasst

• ✔ Teilenummer und Änderungsstand
• Beschreibung und Zeichnungsnummer mit Änderungsstand.
• ✔ Bestellnummer des Kunden
• Unterschrift des Erstellers, Datum und gegebenenfalls Kundenfreigabe.
• Prüfung der Werkstoffe oder Prozesse sowie Ergebnisse der Funktionsprüfung.
• Nummer des Konformitätszertifikats und tatsächlich gemessene Merkmale.

Ausgewählte Prüffelder, zusammengefasst anhand der AS9102-Leitlinien zur Erstmusterprüfung. AS9102 legt die Dokumentationsanforderungen für FAI fest; die Norm ist selbst keine Lieferantenzertifizierung.

Die öffentlich zugänglichen Qualitätsunterlagen für Lieferanten von Lockheed Martin zeigen anschaulich, welche FAI-Anforderungen ein führender Luft- und Raumfahrt-OEM an seine Lieferkette stellen kann. Wir verweisen auf dieses Dokument ausschließlich, um zu veranschaulichen, welche Anforderungen ein Kunde aus der Luft- und Raumfahrt mit hohen Erwartungen stellen kann – nicht als Beleg für eine Beteiligung an einem Programm dieses OEMs.

AS9100D ist die aktuell anerkannte Revision von AS9100.

Über einen Nachfolger für AS9100D, der voraussichtlich IA9100 heißen soll, wird mit einer Veröffentlichung in der zweiten Hälfte von 2026 gerechnet, wahrscheinlich nach einer Aktualisierung der ISO 9001. Den angeführten Informationen zum Übergang zufolge könnten einige Anforderungen, die derzeit als informative Hinweise gelten – darunter Schulungen, Sicherheitsrisiken und die Identifizierung von Gefahren –, künftig verbindlich werden. Branchenempfehlungen raten außerdem dazu, sich auf möglicherweise zwei Übergangsaudits einzustellen und Lieferantenvereinbarungen zur Qualitätssicherung vor der Bestellung auf neue Anforderungen an Cybersicherheit und Exportkontrollen zu prüfen. Käufer, die die AS9100-Dokumentation eines Lieferanten prüfen, finden Einzelheiten zu den Zertifizierungs- und Rückverfolgbarkeitsmöglichkeiten von Zhenling auf der Seite „CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für die Luft- und Raumfahrt“.

Was ist der Unterschied zwischen AS9100 und ISO 9001?

AS9100 übernimmt den vollständigen Rahmen der ISO 9001 und ergänzt ihn um luftfahrtspezifische Anforderungen. Zu den sichtbarsten zählen die Erstmusterprüfung und die Rückverfolgbarkeit. In der Praxis ist sie daher eine Erweiterung einer bestehenden Norm und kein vollständig separates Qualitätsmanagementsystem für Zulieferer der Luft- und Raumfahrt.

Was erfordert die AS9100-Zertifizierung zusätzlich zu ISO 9001?

Am greifbarsten sind die zusätzlichen Aufzeichnungspflichten von AS9100 für Erstmusterprüfungen bei neuen oder geänderten Teilenummern. Die Norm enthält außerdem weitere Anforderungen für die Luftfahrt, die Raumfahrt und den Verteidigungsbereich. Einkäufer sollten die Unterlagen des Lieferanten auf die für ihr Programm relevanten Kontrollen prüfen, statt anzunehmen, dass zusätzlich zur FAI für jeden Auftrag dieselbe einheitliche Prüfliste gilt.

CNC-Bearbeitungsverfahren im Vergleich zu 3D-Druck und Feinguss

Beim Vergleich der CNC-Bearbeitung mit additiven Fertigungsverfahren und Feinguss kommt es unabhängig davon, welche CNC-Verfahren oder Alternativen zur Wahl stehen, auf dieselben vier Faktoren an. Vor dem Abschluss der Konstruktion können Programme mithilfe der CNC-Bearbeitung Funktionsmodelle von Luftfahrtteilen herstellen, ohne sich auf eigens dafür gefertigte Werkzeuge festzulegen. Die Wahl des passenden Fertigungsverfahrens in der Lieferkette der Luft- und Raumfahrt hängt daher von Toleranz, Stückzahl, Werkzeugkosten und Konstruktionsreife ab – es gibt kein Verfahren, das für alle Fälle am besten geeignet ist.

Dieser 4-Faktoren-Eignungstest macht diese Einschränkungen deutlich. Funktionsmodelle für Bauteile der Luft- und Raumfahrt können zunächst per CNC gefertigt werden, während sich bei einer späteren Änderung von Stückzahl oder Geometrie die additive Fertigung oder der Feinguss als geeigneter erweisen kann. Die Prozessauswahl sollte sich nach den aktuellen Projektanforderungen richten und nicht nach einer Bezeichnung.

CNC-Bearbeitung, Guss oder additive Fertigung: der Eignungstest anhand von 4 Faktoren

Die physikalischen Grundlagen der Verfahren, die diese Eignung beeinflussen, sollten ausdrücklich genannt werden. Die typische Schichtdicke bei additiven Verfahren beträgt etwa 20–60 µm. Das ist ein Grund dafür, dass die Bauzeit der meisten Pulverbettverfahren proportional mit der Bauteilhöhe zunimmt, unabhängig von der Grundfläche des Druckbetts. Die Mindestwandstärke, die beim Feinguss für eine zuverlässige Formfüllung ohne Fehler typischerweise erforderlich ist, beträgt etwa 0,060–0,090 in (1,5–2,3 mm). Die Oberflächenrauheit im Gusszustand liegt häufig bei etwa 125–250 µin Ra (3,2–6,3 µm).

Wann ist die CNC-Bearbeitung für Luftfahrtteile besser geeignet als der 3D-Druck?

CNC-Bearbeitung ist oft die naheliegende Wahl, wenn eine flugkritische Toleranz enger ist, als die meisten additiven Verfahren direkt nach dem Aufbau erreichen, wenn statt eines Pulversubstituts eine qualifizierte Knetlegierung für die Luft- und Raumfahrt vorgeschrieben ist oder wenn Stückzahl, Kosten und Zykluszeit bei additiver Fertigung unwirtschaftlich machen.

Welche Zielkonflikte gibt es zwischen CNC-Bearbeitung und Feinguss?

Nach der Amortisierung der Werkzeuge kann Feinguss bei sehr hohen Stückzahlen niedrigere Stückkosten bieten. Die Werkzeugkosten – oft mehrere tausend Dollar – eignen sich jedoch schlecht für eine noch nicht abgeschlossene Konstruktion, denn eine Änderung nach dem Formenbau erfordert neue Werkzeuge. Bei der CNC-Bearbeitung entfallen eigens dafür gefertigte Werkzeuge. Dadurch lassen sich Konstruktionsänderungen einfacher umsetzen, und die Fertigung kann auch bei mittleren Stückzahlen praktikabel bleiben, während kostengünstigere Alternativen geprüft werden.

Anwendungen der CNC-Bearbeitung: Luftfahrtkomponenten und ihre Herausforderungen

Drei Faktoren bestimmen meist die Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt: die konsequente Einhaltung der Toleranzen, die Rückverfolgbarkeit der Werkstoffe sowie die Abstimmung der Maschinen- und Spannvorrichtungsmöglichkeiten auf das jeweilige Teil. Im Folgenden sind die Anforderungen nach gängigen Bauteilarten gegliedert, da bei ähnlichen Luftfahrtteilen und Baugruppen häufig dieselben Herausforderungen auftreten. Kritische Triebwerksteile liegen außerhalb des in diesem Leitfaden behandelten Werkstoff- und Leistungsumfangs und werden deshalb in der Tabelle getrennt von den Strukturbauteilen aufgeführt.

Diese Liste beschränkt sich bewusst auf die in Luftfahrtbaugruppen am häufigsten verwendeten Bauteilarten; sie ist kein vollständiger Teilekatalog. Sie soll der Orientierung dienen: Vorab grob einzuordnen, welcher Herausforderungskategorie ein Teil angehört, bevor es beim Zerspanungsbetrieb eingeht – nicht alle zerspanten Luftfahrtkomponenten abschließend zu katalogisieren.

Qualitätskontrolle bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt: So werden die Teile geprüft

Unser Team führt auf Koordinatenmessgeräten von Hexagon und Leitz Maßprüfungen durch, um die zuvor in diesem Leitfaden beschriebenen flugkritischen und funktionsrelevanten Passungsmerkmale zu verifizieren. Dadurch werden die Herausforderungen bei den Komponenten aus dem vorangegangenen Abschnitt in einen messbaren Abnahmeplan überführt: Koordinatenmessgeräte erstellen dokumentierte, wiederholbare Messungen anhand der GD&T-Angaben in der technischen Zeichnung. Bei komplexen Geometrieelementen mit mehreren Bezugselementen kann ein Messschieber dies allein nicht leisten.

Bei der Qualitätskontrolle in der Lieferkette der Luft- und Raumfahrt kommt es stark auf solche dokumentierten, rückverfolgbaren Messungen an und weniger auf ein schlichtes Ja oder Nein. Anders gesagt: Das CNC-bearbeitete Geometrieelement wird nicht nur gemäß technischer Zeichnung gefertigt, sondern vor dem Versand auch anhand der GD&T-Angaben in der Zeichnung geprüft. Die oben genannten Prüfunterlagen sollen diese Verifizierung belegen.

Nicht jedes Geometrieelement muss gleich streng geprüft werden. Eine begutachtete Studie aus 2025, in der Messungen CNC-gedrehter Teile aus fünf Werkstoffen verglichen wurden, wurde in der Fachzeitschrift Materials veröffentlicht und ist über PubMed Central verfügbar. Sie kam zu dem Ergebnis, dass Messungen mit einem Koordinatenmessgerät für hochpräzise, sicherheitsrelevante Geometrieelemente erforderlich waren, während einfachere Werkzeuge wie digitale Messschieber für unkritische Geometrieelemente ausreichten. Der in der Studie vorgeschlagene Ansatz der „hybriden Messtechnik“, bei dem die Prüftiefe an die Kritikalität des Geometrieelements angepasst wird, statt dasselbe Prüfverfahren auf das gesamte Teil anzuwenden, ist ein hilfreiches Beispiel dafür, wie sich der Prüfaufwand staffeln sollte. Dabei ist zu beachten, dass die Studie speziell die Wahl des Messverfahrens untersuchte, nicht die Klassifizierung von Konstruktionstoleranzen selbst.

In der Praxis unterziehen Fertigungsbetriebe die flugkritischen Geometrieelemente der Tier 3 aus dem Toleranzmodell weiter oben in diesem Leitfaden frühzeitig einer vollständigen Prüfung auf dem Koordinatenmessgerät und dokumentieren die Ergebnisse in einem Erstmusterprüfbericht. Prüfer können allgemeine Geometrieelemente der Tier 1 mit schnelleren, einfacheren Verfahren kontrollieren, die dem geringeren Risiko bei Abweichungen entsprechen.

Für Angaben zur Oberflächenbeschaffenheit gilt eine ähnliche Staffelung wie für Toleranzen. Eine allgemeine zerspante Oberfläche liegt direkt nach dem Fräsen häufig bei 125–250 µin Ra (3,2–6,3 µm). Für eine funktionsrelevante Anschlussfläche werden eher 63–125 µin Ra (1,6–3,2 µm) angegeben; eine Dicht- oder Lagerfläche kann 16–32 µin Ra (0,4–0,8 µm) erfordern – eine Oberflächenbeschaffenheit, die manchmal erst durch Schleifen oder Polieren und nicht allein durch Fräsen erreicht wird. Als Beispiel für die erreichbare Ebenheitstoleranz der Tier 3 dient die zuvor in diesem Leitfaden genannte Angabe von 0.0005 in (0,0127 mm) über eine Länge von 4 in (101,6 mm).

Trends bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt: Warum ihr Anteil weiter wächst

Hersteller der Luft- und Raumfahrt entscheiden nicht einfach zwischen CNC-Bearbeitung und neueren Verfahren wie der additiven Fertigung. Sie ordnen jedes Bauteil dem Verfahren zu, das dessen Anforderungen an Toleranzen, Losgröße und Rückverfolgbarkeit erfüllt. Bei Strukturbauteilen mit Flugkritikalität fällt diese Wahl weiterhin häufig auf die CNC-Bearbeitung.

Branchenerhebungen aus den vergangenen Jahren stützen diese Einschätzung besser als die vereinfachte Erzählung, die additive Fertigung ersetze die CNC-Bearbeitung: Eine gemeinsame Erhebung der Royal Aeronautical Society und Protolabs ergab, dass der Anteil der Hersteller aus der Luft- und Raumfahrt, die CNC-Bearbeitung einsetzen, 2023 bei 53,85 %, 2024 bei 51,41 % und 2025 bei 54,32 % lag – ein Nettoanstieg über drei Jahre, kein stetiger, ununterbrochener Zuwachs. Eine weitere Branchenstudie von Grand View Research beziffert den Anteil der CNC-Bearbeitung am Umsatz des Präzisionsbearbeitungsmarkts auf 78,9 % und prognostiziert, dass Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung das am schnellsten wachsende Endverbrauchssegment sein werden. Treiber ist die Nachfrage nach leichten, toleranzgenauen und komplexen Strukturbauteilen wie Turbinenschaufeln und Fahrwerkskomponenten.

Dieses Wachstum ist nicht darauf zurückzuführen, dass die additive Fertigung stagniert. Einer Marktprognose zufolge wird die additive Fertigung speziell für die Luft- und Raumfahrt bis 2034 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 14,33 % erreichen – ein eigenständiges Wachstumssegment. Die präzisere Erklärung für das Wachstum der Präzisionsbearbeitung in der Luft- und Raumfahrt ist die Aufteilung nach Anwendungsfall: Die additive Fertigung erzielt Fortschritte bei komplexen Innengeometrien und Prototypen, wo sie echte Vorteile bietet. Bei Strukturbauteilen mit engen Toleranzen und hohen Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit bleibt die CNC-Bearbeitung jedoch führend, denn hier wiegen ausgereifte Zertifizierungsverfahren und Maßhaltigkeit schwerer als die Gestaltungsfreiheit.

Weitere Marktsignale bestätigen diese Aufteilung. Branchenanalysen zufolge wächst die Nachfrage nach 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen am schnellsten; bis 2031 wird eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 8,25 % geschätzt. Bauteile wie Turbinenschaufeln, Stiele orthopädischer Implantate und Halterungen für die Luft- und Raumfahrt profitieren von weniger zusätzlichen Aufspannungen. Die Studie bringt Verteidigungsbudgets, Programme zur Erneuerung der Ausrüstung und Übernahmen mit Investitionen in CNC-Kapazitäten für komplexe Bauteile in Verbindung. Sie verweist auch auf KI-generierte Werkzeugbahnen und hybride Maschinenzentren für additive und subtraktive Bearbeitung, die neue Möglichkeiten beim Bauteildesign und bei der Fertigung für die Luft- und Raumfahrt eröffnen könnten. Das sind branchenweite Trends und keine Fähigkeiten, die wir für unsere Arbeiten an Aluminium, Edelstahl und Kohlenstoffstahl beanspruchen.

Insgesamt sprechen die Trends bei der CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt dafür, Anwendungen nach Verfahren aufzuteilen, statt ein Verfahren vollständig durch ein anderes zu ersetzen. Das ist ein hilfreicher Indikator für die Zukunft der Fertigung in der Luft- und Raumfahrt. Bei den hier betrachteten Strukturbauteilen ist die CNC-Bearbeitung oft das Standardverfahren. Käufer erwarten inzwischen, dass für CNC-gefertigte Bauteile dokumentiert wird, dass sie der Zeichnung entsprechen. Die begutachtete metrologische Studie von 2025 zeigt, warum hochpräzise Geometrieelemente nachvollziehbare KMG-Ergebnisse statt bloßer Messbehauptungen erfordern.

Unser Fertigungsstandort in Jiashan, Zhejiang, liefert etwa 80 % seiner Fertigung an Exportkunden. Um diese Kunden zu bedienen, gehören Werkstoffzertifikate, Erstmusterprüfberichte, KMG-Messprotokolle und die in diesem Leitfaden beschriebenen Dokumentationspraktiken zu unserem Standardprozess. Käufer, die ein Bauteil für ein bevorstehendes Programm prüfen, finden auf der oben verlinkten Seite zu unseren Kompetenzen in der Luft- und Raumfahrt Informationen zu Werkstoffen, Zertifizierungen, Ausrüstung und Zerspanungskapazitäten.

Häufig gestellte Fragen