Стандарты 3D-печати (обновление 2020): текущий ландшафт и пути развития

Стандартизация — фундамент любой зрелой отрасли. Для быстро эволюционирующего мира аддитивного производства это не роскошь, а необходимость.

По недавнему опросу EY, 46% компаний планируют использовать 3D-печать для производства готовых деталей к 2022 году. По мере пивота технологии от прототипирования к производству, срочность общих стандартов никогда не была выше.

Ценность стандартизации для 3D-печати

Стандарты — лучшие практики, регуляции и бенчмарки — создают общую базу, продвигающую более широкое принятие и обеспечивающую последовательное качество. В аддитивном производстве они играют двойную роль:

• Последовательность. Аддитивные процессы включают сложную паутину переменных — сырье, дизайн-оптимизацию, машинные параметры — каждая требующая строгого контроля. Стандарты делят параметры для каждой стадии, позволяя компаниям сравнивать свой вывод с объективными критериями и устранять дорогие циклы проб и ошибок.
• Регуляторное соответствие. Отрасли вроде медицинской, автопромышленной, авиационной и оборонной требуют строгой сертификации. Поскольку AM-детали могут экспонизвать свойства, отличающиеся от традиционно изготовленных, четкие гайдлайны квалификации и сертификации критичны для регуляторного одобрения.

Текущие вызовы в стандартизации аддитивного производства

Пока несколько стандартов существуют, многие критичные остаются в разработке. Ключевые пробелы включают:

• Материалы. Материалы металлического AM доминируют в авиации и медицине, но стандартизированные механические данные для этих порошков скучны. Существующие стандартные материалы не всегда могут быть перенесены напрямую, потому что AM-детали могут вести себя иначе.
• Контроль процесса. Проприетарные данные по процессным переменным — термическая история, микроструктура, формирование дефектов — ограничивают способность бенчмарка производительности. Открытое, коллаборативное разделение данных критично для продвижения этой области.
• Сертификация. Текущий QA опирается на постпроизводственное тестирование, которое затратно по времени и ресурсам. Индустрии нужны надежные, реального времени пути сертификации, учитывающие уникальные характеристики AM-деталей.

Построение глобального фреймворка стандартов

Глобальный консенсус еще не достигнут, но моментум растет. ISO и ASTM International установили совместные рабочие группы для гармонизации AM-стандартов под Структурой стандартов аддитивного производства, покрывающей материалы, процессы, оборудование и обработку готовых деталей.

• По состоянию на май 2020 года, комитет ASTM F42 одобрил 22 стандарта, а ISO/TC 261 опубликовал 15 с 30 в разработке.
• ASTM финансировала исследовательские инициативы, включая грант 2019 года Национальному кластеру инноваций в аддитивном производстве (NAMIC) в Сингапуре.

Стандарты металлического порошкового наплавления в слое

ASTM F3303, выпущенный в 2018, устанавливает критерии квалификации для технологий SLM, EBM и DMLS, используемых в медицине, авиации и других высокопроизводительных секторах. Федерация металлических порошковых индустрий (MPIF) выпустила девять тестовых методов для характеристики металлических AM-порошков, укрепляя фокус сектора на надежности материалов.

Авиационно-специфичные стандарты

Новые стандарты PBF SAE International — пакет AMS — покрывают никелевые сплавы и процессные требования для авиационно-космических компонентов. Спецификация полимеров AMS7100, введенная в прошлом году, обеспечивает воспроизводимость для FDM и других экструзионных процессов. ASTM F42 также разрабатывает четыре дополнительных стандарта, адресующие сырье, свойства готовых деталей, производительность систем и принципы квалификации.

Коллаборатив по стандартизации аддитивного производства (AMSC)

Сформированный America Makes, Институтом инноваций в аддитивном производстве и ANSI, дорожная карта AMSC идентифицирует 93 пробела — 18 из которых высокого приоритета — по ландшафту AM. Их онлайн-портал, запущенный в 2019, отслеживает активность стандартизации и ускоряет закрытие пробелов.

Сотрудничество движет прогресс

Отраслевые альянсы критичны для продвижения AM-стандартов. Примеры включают:

• Партнерство SLM Solutions с DIN для ускорения принятия металлической 3D-печати.
• Сотрудничество Oerlikon и Boeing по титаново-порошковым AM-стандартам для авиации и обороны.
• Инвестиции ASTM в $300 000 в исследования в Центре совершенства аддитивного производства, фокусирующиеся на сырье, квалификации процесса, постобработке и тестировании.
• Центр совершенства, ко-основанный ASTM, Университетом О번, NASA, EWI и британским MTC, нацелен на мостик R&D и стандартизации пробелов по оценке материалов, спекам лазерных машин, метрикам качества поверхности и гайдлайнам механического тестирования.

Стандартизация: формирование будущего 3D-печати

«Лучшие, универсально принятые стандарты позволят компаниям сравнивать яблоки с яблоками и принимать информированные решения по когерентной экосистеме поставщиков, производителей и пользователей».
Ави Райхентал, Основатель XponentialWorks

Пока мейнстрим-принятие 3D-печати все еще бросает вызов качеству, последовательности и сертификации, надежные стандарты разблокируют полный потенциал технологии. Установка четких, действенных гайдлайнов двинет производственное использование, подкрепит отраслевое доверие и ускорит переход от ниши к мейнстриму.