Стандартизация аддитивного производства 2020

  • автор:

Стандартизация аддитивного производства, а точнее, ее незаконченность — очень насущная проблема сегодняшнего дня.

Статья Тимоти В. Симпсон

Содержание скрыть

Стандартизация аддитивного производства — пробелы

Существуют пробелы в аддитивном производстве (AM, 3д-печати). В настоящее время существует несколько опубликованных стандартов или спецификаций для AM. Но они пока не способны удовлетворить конкретные потребности отрасли в полном объеме.

Узнайте о ресурсах и аддитивных стандартах. В результате, ​​лучше разберетесь в растущих технологиях в этой сфере.

Тонкие вариации каждого процесса аддитивного производства (AM) и сотни доступных на рынке систем делают AM сложной технологией. В то время как семь категорий процессов могут показаться не слишком полезными.

Новые участники и быстро совершенствующиеся технологии усложняют принятие решений о покупке. Но стандартизация аддитивного производства пока не успевает идти в ногу со временем.

America Makes (Национальный институт инноваций в области аддитивного производства) в координации с ANSI (Американским национальным институтом стандартов), выявили 93 пробела, в которых в настоящее время не существует стандартизация аддитивного производства или спецификации для AM.

Стандартизация аддитивного производства — терминология

Прежде всего, вам необходимо убедиться, что вы используете правильную терминологию. Вы не уверены относительно некоторых определений процесса или ключевых терминов? ISO/ASTM 52900-15 — это то, с чего следует начать.

В Российской Федерации – аналог: ГОСТ Р 57558-2017). Россия является постоянным членом ISO/TC 261 «Производство добавок».

Эта стандартизация аддитивного производства определяет базовую номенклатуру, важную терминологию и общепринятые в отрасли аббревиатуры. Этот стандарт заменяет ASTM F2792-12a. Он был отменен после того, как совместный стандарт ISO/ASTM был разработан и опубликован в 2015 году.

ISO и ASTM — действительно глобальные усилия для стандартов для аддитивного производства.

В сентябре 2011 года ISO и ASTM подписали соглашение о сотрудничестве. Оно регулирует текущие совместные усилия двух организаций по принятию и совместной разработке международных стандартов, которые служат мировому рынку в области аддитивного производства.

Целью этого соглашения является устранение дублирования усилий при максимальном распределении ресурсов в индустрии аддитивного производства.

Объединенный сайт ISO и ASTM

Компании требуют самых четких стандартов для PBF и DED

Стандартизация аддитивного производства — какие из семи процессов АМ видят наибольшую активность? Это слияние порошкового слоя (PBF) и направленное энергетическое осаждение (DED).

Они позволяют производить металлические детали конечного использования. Именно они в конечном итоге должны соответствовать тем же требованиям, что и любой традиционно изготовленный компонент.

Таким образом, компании требуют самых четких стандартов для PBF и DED. Чтобы гарантировать, что их процессы и детали могут быть квалифицированы и сертифицированы соответствующим образом.

Действующие стандарты

Стандартизация аддитивного производства в действии.

В 2019 г. SAE International выпустила спецификацию аэрокосмических материалов (AMS) для лазерной PBF. (AMS7003).

ASTM International выпустила стандарт рабочих характеристик PBF для производства металлических деталей. Которые предназначены для критически важных применений. (ASTM F3303-2018).

Между тем, ASTM International выпустила стандарт для DED с металлами в 2016 году. (ASTM F3187-16).

В SAE International активно разрабатывается стандартизация аддитивного производства для конкретных процессов DED. Например, AMS7005 определяет спецификации для DED с плазменной дугой с подачей проволоки. И материалов, изготовленных с помощью DED. Например, детали Ti-6Al-4V изготовленные с помощью плазменной дуговой DED, регулируются AMS7003.

Оба эти стандарта были выпущены в 2019 году.

Стандартизация аддитивного производства - металлы

Стандартизация аддитивного производства — металлы

Вы ищете более общее руководство Стандартизация аддитивного производства с металлами? Или еще не определились с PBF или конкретным типом DED? Тогда вам следует начать со спецификаций Американского сварочного общества (AWS) для изготовления металлических компонентов с использованием AM (AWS D20.1/D20.1M: 2019).

Спецификация AWS предоставляет технологические схемы для PBF и DED для компонентов с различными уровнями критичности. Они также предоставляют образцы записей для тестовых сборок и квалификационных сборок для процессов и деталей.

Они также являются одним из немногих стандартов, в которых изложены руководящие принципы для оценки работы операторов машин и инспекционного персонала. Используя их соответствующий опыт, квалифицируя обучение для операторов и инспекторов в сварочной промышленности.

Стандартизация аддитивного производства - дизайн

Стандартизация аддитивного производства — дизайн

Стандартизация аддитивного производства — что касается дизайна. ISO и ASTM International активно сотрудничают в разработке новых стандартов AM. Общие рекомендации по проектированию для AM были выпущены в 2017 году. (ISO/ASTM 52910: 2017 (E)).

И теперь для обоих металлов доступны специальные рекомендации по проектированию для PBF на основе лазера. (ISO / ASTM 52911-1: 2019 (E)). И полимеры (ISO / ASTM 52911-2: 2019 (E)).

Размеры и допуски для решетчатых конструкций и сложных форм

Вам интересно, как определить размеры и указать допуски для решетчатых конструкций и сложных форм, которые можно изготовить с помощью AM?

Лучше всего начать с стандарта ASME для определения продукта с помощью AM (ASME Y14.46-2017). Оригинальная версия в настоящее время проверяется на наличие обновлений. Она будет переиздана, как только пройдет утверждение в комиссии.

Характеристика порошка важна для определения правильного сырья для PBF или системы DED с порошковым питанием. С точки зрения материалов. Стандартное руководство ASTM для характеристики свойств металлических порошков, используемых для процессов AM, содержит соответствующие рекомендации (ASTM F3049-14).

Он также ссылается на несколько дополнительных стандартов от Фонда металлической порошковой промышленности (MPIF). Он в 2020 г. выпустил новую коллекцию методов определения характеристик порошка для процессов AM металла.

Между тем, подача проволоки для DED регулируется существующими спецификациями AWS для сварочной промышленности. Поскольку одни и те же виды сырья часто используются в системах DED с проводной подачей.

Комитет A5 по АМС выпускает стандарты и руководства по присадочным металлам, расходным материалам и т.д. Например, AWS A5.01M/A5.01: 2013. Дополнительную информацию можно найти на веб-сайте комитета.

Базы данных о свойствах материалов

Базы данных о свойствах материалов и допустимых значениях дизайна

Базы данных о свойствах материалов и допустимых значениях дизайна отстают. В то время как стандарты для AM совершенствуются. Квалифицированные базы данных материалов становятся доступными для популярных полимеров. Таких как ULTEM 9805.

Но сопоставимые усилия для металлов все еще продолжаются. Вероятно, пройдет какое-то время, прежде чем эти данные станут общедоступными. Учитывая время и затраты на создание этой информации для металлов, используемых в АМ.

Руководящие документы для отраслей с жестким регулированием

Стандартизация аддитивного производства, однако, имеет руководящие документы для отраслей с жестким регулированием. Например, в медицине, аэрокосмической отрасли. Несмотря на отсутствие базы данных о материалах.

FDA выпустило руководящий документ в 2016 году для медицинских устройств, производимых с AM. (FDA: U.S. Food and Drug Administration — Управление по контролю за продуктами и лекарствами США).

FAA активно разрабатывает стратегическую дорожную карту для квалификации процессов AM и сертификации деталей для аэрокосмических применений. (FAA: Federal Aviation Administration — Федеральное авиационное управление Министерства транспорта США).

Для космического оборудования НАСА выпустило стандарт для металлических компонентов, изготовленных с использованием лазерной PBF. А также спецификацию для квалификации и контроля лазерных процессов PBF для металлов.

Это полезные документы, которые другие отрасли активно оценивают для принятия. Наконец, ASME учредил специальный совместный комитет для оценки использования AM для технологий, работающих под давлением. Например, для котлов, сосудов под давлением. А также для регулирования в рамках ядерных норм и стандартов.

Это все еще слишком сложно? Тогда лучшее место для начала — совместная разработка стандартов производства America Makes и ANSI (AMSC). Стандартизация аддитивного производства в их плане составляет более 260 страниц.

Что касается пробелов в стандарте 93 AM. На их сайте в октябре 2019 года появился интерактивный портал, помогающий отслеживать разработку стандартов.

Добавили материал с сайта amfg:

Стандартизация аддитивного производства далека от завершения.

Путь к стандартизации для новых отраслей и технологий может быть долгим и трудным. Но для развития отрасли на сильном рынке потребность в стандартизованных процессах становится все более важной.

3D-печать достигла этого переломного момента. 46% компаний, опрошенных EY, рассчитывают применить эту технологию для производства готовых изделий к 2022 году. Очевидно, что потребность в стандартизации становится как никогда острой. По мере того, как технология продолжает сдвигаться в сторону производства.

Стандартизация аддитивного производства — преимущества

Стандартизация аддитивного производства означает передовой опыт, нормативные акты и критерии, которыми руководствуются отрасли и организации. Для 3D-печати стандарты могут обеспечить необходимую основу для более широкого внедрения технологии.

Особенно по мере того, как рынок продолжает расти. Преимущества для лучшего контроля качества и последовательности процесса очевидны.

Однако путь к большей стандартизации аддитивного производства непрост. Цифровое происхождение аддитивного производства означает, что есть дополнительные факторы, которые следует учитывать по сравнению с традиционным производством.

Например, от использования форматов данных до руководящих принципов для процессов проектирования и производства.

Стандартизация аддитивного производства — два основных преимущества:

  1. Обеспечение согласованности

Стабильное производство деталей высокого качества и обеспечение повторяемости процесса каждый раз остается одной из актуальных задач аддитивного производства.

Аддитивное производство состоит из сложной сети переменных. От сырья до оптимизации проектирования и производственных процессов. Которые, в свою очередь, требуют взаимодействия между инфраструктурой программного обеспечения и оборудования.

Каждый из этих этапов необходимо отслеживать, оценивать и контролировать. Чтобы обеспечить повторяемость и надежность 3D-печатных деталей. Но избегая при этом дорогостоящих методов проб и ошибок.

Стандартизация может помочь определить параметры для каждого этапа производства AM. Помогая создать согласованный процесс на каждом этапе. Таким образом, компания может сравнить качество своих процессов AM с набором предварительных критериев. Это гарантирует достижение желаемого качественного результата.

  1. Соблюдение нормативных стандартов

В строго регулируемых отраслях проблемы с сертификацией продукции также могут задерживать более широкое внедрение AM. Например, таких как медицина, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и оборона.

Детали, изготовленные с использованием аддитивных технологий, обладают свойствами, которые могут сильно отличаться от свойств, достигаемых при субтрактивном производстве. Что усложняет обеспечение качества и сертификацию.

Стандарты квалификации и сертификации открывают реальный путь к сертификации продукции. Предоставляя руководящие принципы, по которым детали оцениваются и квалифицируются.

Стандартизация аддитивного производства — проблемы

Многие из важнейших стандартов все еще находятся в стадии разработки. Хотя некоторые стандарты для 3D-печати в настоящее время существуют.

Мы обозначили несколько областей, где необходима стандартизация для 3D-печати. 

  1. Материалы.

Стандартизация аддитивного производства. Одна из текущих проблем связана с материалами, специфичными для AM, для многих из которых не существует стандартов.

В частности, материалы для аддитивного производства металлов являются ключевым направлением деятельности. Особенно потому, что они используются в таких отраслях с высокими требованиями, как аэрокосмическая и медицинская.

Отсутствие стандартизации для материалов, специфичных для AM, означает, например, что производители не могут измерять значения напряжений. Данные по проектированию и управлению процессом также очень ограничены из-за отсутствия спецификаций материалов для 3D-печати. Что может повлиять на способ создания детали.

Один из способов частично решить эту проблему — принять существующие стандарты, разработанные для обычных материалов, непосредственно для материалов AM.

Однако степень, в которой эти стандарты могут применяться, еще предстоит определить. Поскольку механическое поведение частей AM может значительно отличаться от их аналогов, изготовленных традиционным способом.

  1. Управление процессом

Запатентованная природа переменных процесса AM создает еще одну проблему для стандартизации. Многие производители 3D-принтеров могут не захотеть делиться данными об оптимизации параметров процесса, которая влияет на свойства печатной детали.

Например, такие как термическая история, микроструктура и образование дефектов. Здесь стратегии сотрудничества и открытых платформ будут ключом к решению этой проблемы.

  1. Сертификация

Наконец, разработка надежных подходов к сертификации является одним из основных направлений стандартизации 3D-печати. Текущий метод обеспечения качества и проверки — это тестирование финальных частей. Что требует дополнительных времени и ресурсов.

Чтобы преодолеть эту проблему, отрасли необходимо разработать комплексные процессы сертификации деталей. Которые позволят улучшить контроль качества в реальном времени.

Проблема усложняется тем, что процессы сертификации различаются в зависимости от отрасли и области применения. Как и когда проводится тестирование для сертификации? Это область, которая должна быть определена любым процессом стандартизации.

Разработка стандартизированной основы для 3D-печати

До сих пор не удалось достичь глобального консенсуса по стандартам для процессов и продуктов аддитивного производства. Однако прогресс намечается.

И организации по разработке стандартов (SDO) и другие организации предпринимают совместные усилия для создания всеобъемлющего набора стандартов для аддитивного производства.

Организации по разработке стандартов

ISO и ASTM International — два ключевых ОРС. Они сформировали специальные комитеты для поддержки внедрения аддитивного производства в различных отраслях.

Как ISO, так и ASTM International работают над охватом всех аспектов аддитивного производства. Причем, основываясь в основном на добровольных усилиях.

В 2016 году они создали совместные рабочие группы для обновления и утверждения общей организационной структуры стандартов AM с целью гармонизации их развития в отрасли AM.

В рамках этого сотрудничества оба SDO объявили о структуре стандартов 3D-печати — структуре стандартов аддитивного производства . Также в структуре обозначены различные категории, требующие стандартизации.

Которые в целом охватывают:

  • Материалы
  • Процессы и оборудование
  • Обработка готовых деталей
  • Структура стандартов аддитивного производства для 3D-печати ISO и ASTM International

С тех пор сотрудничество было плодотворным.

По состоянию на май 2020 г.:

  • Комитет ASTM F42 по аддитивным технологиям производства утвердил 22 стандарта.
  • Технический комитет 261 ISO по аддитивному производству (ISO / TC 261) опубликовал 15 стандартов. А еще 30 стандартов находятся на различных стадиях разработки.

ASTM также запустила несколько раундов финансирования, чтобы помочь в разработке стандартов для индустрии AM. В 2019 году был запущен новый раунд финансирования.

Приносящий пользу тем же учреждениям и их исследованиям. С добавлением Сингапурского национального инновационного кластера аддитивного производства (NAMIC).

Стандартизация аддитивного производства для плавления в металлическом порошковом слое

В 2018 году комитет ASTM F42 выпустил стандарт, увеличивающий использование процессов плавления в металлическом порошковом слое (PBF).

Стандарт, известный как F3303, ориентирован на аддитивное производство металлов для медицинской, аэрокосмической и других отраслей. В нем описаны этапы квалификации машин и процессов на основе технологий SLM, EBM и DMLS.

Обеспечение фиксированных и повторяемых шагов AM может помочь преодолеть многие проблемы, связанные с применением и утверждением металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Сейчас основное внимание ASTM уделяется разработке стандарта для технологии SLM. Которая в настоящее время является самым популярным методом 3D-печати металлом.

В дополнение к ASTM Федерация производителей металлических порошков (MPIF) недавно выпустила девять стандартных методов испытаний MPIF для определения характеристик металлических порошков AM.

Эта коллекция, предназначенная для дизайнеров, производителей и пользователей металлических деталей AM. Она является еще одним признаком того, что отрасли осознают растущую роль 3D-печати металлом в мире производства.

Стандартизация 3D-печати для аэрокосмической промышленности

Чтобы решить проблему стандартизации металлических AM для аэрокосмической промышленности, глобальная ассоциация инженерных стандартов SAE International недавно выпустила четыре новых стандарта PBF.

Новый набор стандартов для спецификаций аэрокосмических материалов (AMS) поддерживает сертификацию критически важных деталей самолетов и космических аппаратов.

А также охватывает спецификации материалов для никелевых сплавов и технологические требования для 3D-печати металлическими порошками.

Однако SAE не остановилась на этом. Совсем недавно организация также выпустила первые спецификации полимера AM для аэрокосмической промышленности в прошлом году.

Например, спецификация AMS7100 устанавливает важнейшие элементы управления и требования для производства надежных, повторяемых, воспроизводимых деталей для аэрокосмической отрасли с помощью моделирования методом наплавления (FDM®) или производства других материалов методом экструзии.

Комитет F42 ASTM International также разрабатывает 4 дополнительных стандарта, которые помогут производителям авиационных деталей соответствовать требованиям безопасности и производительности.

Стандарты охватывают исходные материалы, свойства готовых деталей, производительность и надежность системы. А также принципы квалификации.

Совместная стандартизация 3д печати (АМСГ)

Разработка соответствующих стандартов — ключевой фактор массового внедрения аддитивного производства. Однако необходим последовательный подход к этому развитию. Чтобы способствовать более быстрому росту отрасли.

В свете этой необходимости America Makes, Институт инноваций в аддитивном производстве США и Американский национальный институт стандартов (ANSI) объединили свои усилия для создания Совместной организации по стандартизации аддитивного производства (AMSC) .

С 2016 года AMSC опубликовала две версии своей дорожной карты стандартизации для аддитивного производства.

Дорожная карта предназначена для определения стандартов (утвержденных и разрабатываемых), оценки пробелов и определения приоритетных областей для дополнительных исследований и разработок и стандартизации.

Более 300 человек из 175 различных организаций государственного и частного сектора поддержали разработку второй версии Дорожной карты, опубликованной в июле 2018 года.

Дорожная карта AMSC дает представление о текущем ландшафте стандартов для промышленного аддитивного производства. Интересно, что в нем выявлено 93 пробела. 18 из которых считаются приоритетными для разработки большего количества стандартов.

Пробелы включают необходимость разработки руководящих принципов, подчеркивающих компромисс между аддитивными и вычитающими технологиями. А также руководящих принципов проектирования для конкретных процессов.

В конце 2019 года America Makes и ANSI также запустили онлайн-портал для отслеживания деятельности по стандартизации в AM.

Несмотря на сложность, отслеживание и окончательное устранение пробелов в стандартизации является обязательным для заинтересованных сторон AM. Естественно, стремящихся раскрыть потенциал аддитивных технологий для производства.

Совместная стандартизация 3д печати — важность сотрудничества

Промышленное сотрудничество и партнерство стали мощными механизмами в аддитивном производстве. Но, естественно, разработка стандартов не исключение.

Развитие сотрудничества дает прекрасную возможность использовать опыт промышленного AM. Который может помочь расширить сферу применения стандартов 3D-печати для промышленности.

Например, SLM Solutions Group вступила в партнерские отношения с Немецким институтом стандартизации (DIN) для поддержки недавно созданного Руководящего комитета по аддитивному производству.

Благодаря своему технологическому опыту компания SLM Solutions стремится повысить коммерческую жизнеспособность 3D-печати металлом.

Сотрудничество между Oerlikon и Boeing также нацелено на разработку стандартов для 3D-печати металлом. Партнерство, ориентированное на использование AM в аэрокосмической и оборонной промышленности, направлено на стандартизацию материалов и процессов для 3D-печати конструкционных титановых компонентов металлическими порошками.

ASTM International инвестировала 300 000 долларов в исследовательские проекты в рамках Центра передового опыта в области аддитивного производства. Которые нацелены на четыре основные области, включая сырье, аттестацию процессов, постобработку и испытания.

Открытие Центра передового опыта в области аддитивного производства, основанного ASTM International в сотрудничестве с Обернским университетом, НАСА, EWI и британским центром производственных технологий (MTC), ориентировано на преодоление научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и стандартизации, чтобы заполнить ключевые пробелы в отрасли.

Исследователи NASA сосредоточатся на спецификациях для лазерных машин и процессов. В то время как MTC будет разрабатывать стандарты для оценки качества и возможности вторичной переработки металлических порошков.

EWI будет изучать постобработку, чтобы помочь стандартизировать показатели качества поверхности и измерений.

Наконец, Обернский университет будет отвечать за исследование проблем механических испытаний металлических AM. Чтобы помочь разработать рекомендации по разработке образцов для тестирования деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Благодаря тому, что под одной крышей собраны различные ключевые заинтересованные стороны отрасли, такое сотрудничество может изменить правила игры в отрасли.

Стандартизация 3д печати: формируя будущее

«Было бы невероятно выгодно для всех заинтересованных сторон и трехсторонних участников, если бы отрасль имела в целом лучшие стандарты, стандарты, которые повсеместно понятны и принимаются.

С помощью стандартов компании могут сравнивать яблоки с яблоками и принимать разумные решения. Которые могут быть реализованы в рамках всеобъемлющей экосистемы поставщиков, производителей и пользователей».

Ави Рейхенталь, основатель XponentialWorks

Массовому внедрению этой технологии препятствуют проблемы, связанные с качеством деталей, согласованностью и сертификацией. Хотя 3D-печать продолжает «наезжать» на промышленное производство, Стандартизация может помочь решить некоторые из наиболее насущных из этих проблем.

Необходимо будет установить стандарты и руководящие принципы. Чтобы гарантировать, что аддитивное производство продолжит движение к массовому внедрению. В то же время, однако, для такого развития потребуется время. Возможно, даже несколько лет.

Но преимущества очевидны: четкие стандарты будут стимулировать использование 3D-печати в производстве за счет выработки общей терминологии, эффективного тестирования и согласованных материалов и процессов.

Все о 3D-печати в нашем обзоре Рынок 3D-печати.

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook