Интервью с Мэттью Донованом, руководителем аддитивного производства Oerlikon: 3D-печать в авиакосмической отрасли

Oerlikon — глобальная технологическая и инженерная группа, обслуживающая самые критичные по безопасности отрасли, включая авиацию и оборону. Аддитивное производство всё чаще становится ключевой частью их предложений: в этом году компания открыла Инновационный хаб и объект передовительного серийного производства на $55 млн в США.
 
В рубрике «Экспертное интервью» мы беседуем с Мэттью Донованом, ведущим инженером по аддитивному производству в Oerlikon, о том, как компания развивает сквозное производственное предприятие, какие тренды AM стоит отслеживать и почему стандарты критичны для будущего отрасли.

Расскажите о компании Oerlikon.

Oerlikon — глобальный лидер в сегментах Surface Solutions и Manmade Fibers. В составе Surface Solutions подразделение Oerlikon AM предоставляет решения аддитивного производства: от металлических порошков до прототипирования и серийного производства.
 

Как вы впервые столкнулись с аддитивным производством?

Мой бэкграунд — авиация. До Oerlikon я 20 лет работал преимущественно с газотурбинными двигателями, горячими секциями и камерами сгорания.
 
Опыт в топливных системах — как для авиации, так и для промышленных газовых турбин и реформеров топливных элементов. Работал с высокопрочными высокотемпературными материалами для экстремальных условий.
 
Начал как инженер производства, изучая нюансы изготовления деталей, затем инженер качества, проводящий полевые расследования.
 
В 2006 году перешел к передовым методам производства. Столкнулся с геометриями, невозможными для традиционных методов.
 
Начал сотрудничество с Morris Technologies по металлическим 3D-печатным компонентам. Разрабатывали компоненты топливных форсунок с использованием AM.
 
За годы разработал несколько компонентов с помощью AM. Работал в United Technologies, помогая всему предприятию внедрять AM-технологии, фокусируясь на сертифицируемом для полетов оборудовании.
 
Одной из главных пробелов был полный отсутствие стандартов: как делать детали и как их сертифицировать.

Основная стоимость в авиации — не сами компоненты, а сертификация. Мы должны обеспечить полную прослеживаемость каждой детали. Разработка стандартов для этого и их внедрение в AM стала серьезным вызовом.

С 2009 года работаю над стандартами AM в ASTM F42. Помогал разрабатывать стандарты, участвовал в комитетах. Соавтор руководства по проектированию для лазерного порошкового спекания, ISO ASTM 52911, с ISO/TC 261 и ASTM F42.
 
Благодаря работе в United Technologies, талантливым коллегам и ресурсам, мы добились инноваций и разработали передовые продукты для металлического порошкового спекания.
 

Что включает ваша роль в Oerlikon?

В Oerlikon с 2017 года, сейчас — ведущий инженер по AM. Фокус на внедрении и развитии производственных металлических AM-технологий.
 
Мы начали как стартап в группе Surface Solutions. Построили новый объект в Хантерсвилле, Северная Каролина, переехали туда чуть менее года назад.
 
Площадь 120 000 кв. футов, сейчас эксплуатируется 18 систем порошкового спекания. На месте: HIP (горячее изостатическое прессование), вакуумные печи, постобработка, работа с порошком и инспекция.
 

Цель — сделать этот объект настоящим сквозным производственным процессом AM с контролем всей цепи поставок, чтобы обеспечить прослеживаемость для клиентов.

 
Моя роль — преимущественно сертификация оборудования. Тесно работаю с OEM-производителями станков по установке, квалификации и сертификации их способностей и кросс-способностей для деталей на разных машинах.
 
Так мы понимаем возможности станков, допуски и точность каждой машины для производства геометрических допусков AM-компонента и различия между нашими станками, затем настраиваем их, чтобы поставлять одинаковый продукт на нескольких машинах.

Стандартизация — горячая тема, особенно для авиации. Как развивались дела за ваше участие и какой текущий статус стандартизации AM?

Были значительные успехи.
 
Стандарты нужны, особенно в авиации, но также в медицине, ядерной и энергетической отраслях. Главное — они позволяют всем говорить на одном языке и понимать возможности продукта.
 
Без стандартов все строили детали похожими, но не одинаковыми способами. Не говорили на одном языке. Часто разные термины означают один процесс, или один термин — радикально разные процессы.
 
Разработка стандартов позволяет единообразно обсуждать квалификационную сборку, исходное сырье, уровень квалификации машины.
 
В авиации без стандарта, по которому можно сертифицировать деталь (обычно несколько стандартов), определяя механические свойства, производительность, допуски и прослеживаемость до исходного лота и химического состава элементов — нельзя установить деталь на авиационную платформу.
 
AM дает невероятную геометрическую свободу, экономит вес, время, материал и затраты. Но недостаток: если не можешь доказать, что деталь хорошая — это бесполезно.
 

Стандарты — то, что позволяет нам переступить черту для производства и продажи деталей и их использования в серийном авиапроизводстве.

Стандарты авиации — ключевой элемент пазла перед запуском производства.
 
Различные организации давно работают в этой сфере. Я волонтером в ASTM около 10 лет, вижу результаты. Участвовал в первом титановом стандарте для порошкового спекания — занял чуть более двух лет. Последующие стандарты разрабатывались примерно в два раза быстрее.
 
Процесс ускоряется. ASTM недавно запустил Центр совершенства в Обурне, Алабама, совместно с Обурнским университетом. Цель — целевое R&D финансирование и усилия через партнеров для быстрого закрытия пробелов в стандартах. Есть широкое сотрудничество индустрии и госорганов для выявления пробелов.
 
Вы, возможно, слышали о дорожной карте ANSI. Хороший документ, к которому внесли вклад многие из нас, чтобы определить ключевые пробелы для достижения истинного серийного AM. В последней версии — 91 пробел, в основном в стандартах, некоторые с высоким приоритетом. Центр совершенства ASTM — один из инструментов для закрытия этих пробелов через R&D.
 
В другой сфере SAE International имеет спецификации авиационных материалов (AMS). Первые для аддитивного порошкового спекания — AMS 7000, 7001, 7002, 7003 для никелевого сплава 625, недавно опубликованы. Отличные работы, многие уже используют их для разработки серийных деталей.
 

С вашим опытом внедрения AM, каковы были проблемы интеграции технологии внутри компании и как вы их решали?

Oerlikon AM нацелена на решения AM для самых требовательных отраслей — авиации, медицины и др.
 
Во всех объектах есть нужные системы качества: AS9100 для авиации, ISO 13485 для медицины. Но интеграция всех систем для достижения цели — сложная задача, хотя есть решения, покрывающие части пазла.
 
Нет единого решения, охватывающего все аспекты сквозной цепи поставок. Но много хороших инструментов для отдельных сегментов.
 
Наша задача — идентифицировать решения для разных аспектов цепи поставок, внедрять нужные и интегрировать их.
 
Например, некоторые системы отлично работают с финансами и инвентарем, но слабы в производственных рабочих процессах. Другие хороши для производственного планирования, но не охватывают оценку времени сборки, вопросы материального контроля или геометрические аспекты (чертежи, 3D-модели).
 
Много аспектов, и интеграция всех кусков в бесшовное сквозное решение — ручной процесс, но мы работаем над автоматизацией.

Можете поделиться успешными кейсами использования AM в производстве?

Не могу называть конкретных клиентов без их разрешения, но у нас есть несколько компонентов в активном производстве. Некоторые — авиационные и оборонные.
 
Один — летательный компонент, часть миссионной системы военного вертолета. В производстве два года, успешно поставлено более 200 единиц.
 
Другой — компонент для наземного датчика: интегрированная система из 80 отдельных деталей в один монолитный элемент. Также в производстве почти два года.
 
Есть другие производственные компоненты — для нефти, газа и подводной разведки, активно используемые в подводной робототехнике для другого клиента.

Как вы видите эволюцию аддитивного производства в ближайшие 5 лет — и технологии, и отрасли в целом?

В ближайшие 5 лет технологии будут развиваться в сторону многолазерных систем, что ускорит производство деталей и снизит их стоимость. Это дополнительно стимулирует внедрение AM-деталей.

Стоимость детали — ключевой фактор, лазерное время — главный драйвер стоимости AM-компонента. Если можно втиснуть больше лазеров в деталь и сертифицировать компоненты на таких многолазерных системах, можно строить ту же деталь быстрее и дешевле.
 
Другая эволюция — лучшие системы внутрипроцессного мониторинга. Есть несколько систем от разных производителей, но мое впечатление: многие хороши, но еще не на уровне возможностей, необходимых для истинного производственного темпа.
 
Надеюсь, скоро появятся настоящие системы внутрипроцессного мониторинга, позволяющие отслеживать процесс в машине и выявлять проблемы до выхода детали.
 
Идеальный сценарий — интеллектуальное ПО, способное выявлять проблемы и вносить коррекции с инженерной поддержкой на лету. Еще лучше — по-настоящему надежные машины, работающие 24/7 без сбоев.
 

Есть ли тренды, которые вас взволновывают?

Волнуюсь разными разработками, в том числе системами внутрипроцессного мониторинга, как упоминал.
 

Также разрабатываются и запускаются новые материалы. Мы работаем над несколькими материалами, позволяющими нашим клиентам создавать действительно революционные компоненты.

 
Еще один вдохновляющий тренд — большая диверсификация производителей по всему миру. Раньше большинство AM-станков производилось в нескольких европейских странах. Теперь новые производители и страны применяют новые подходы к построению машин.
 
Они снижают стоимость станков, делают их более интуитивными для операторов, опираясь на обратную связь от пользователей по всей индустрии.
 
Мой опыт первых лет: машины очень капризны, требуют много внимания и «присмотра». Фактически, дизайн многих машин не был дружелюбным к производству.
 
Теперь вижу много удобства для пользователя, встраиваемого в машины, по мере получения производителями обратной связи.
 
Повышенная конкуренция от производителей по всему миру, думаю, стимулирует инновации в системах, снижает стоимость и повышает удобство использования.
 

Что дальше для Oerlikon, особенно для объекта, которым вы помогаете управлять?

Краткосрочная цель — установить и сертифицировать все приобретенное оборудование. 18 систем порошкового спекания уже онлайн и операционны, на многих ведется производственная работа.
 
Следующий шаг — завершить материальные свойства для всех наших материальных систем на всех машинах и наборы данных для них. Это очень затратно по времени и деньгам.
 
К счастью, у нас много талантливых людей с опытом в материалах, металлургии и инженерии, и я горжусь быть частью этой команды.
 
Другая цель — ввести в строй все остальное оборудование для достижения истинного сквозного производственного объекта.
 
Недавно запустили HIP-печь и вакуумную печь, работаем над их сертификацией.
 
Также завезли некоторое CNC-оборудование, и есть значительное количество дополнительных печей и CNC для постобработки. Цель — установить, сертифицировать и операционно интегрировать всё это, создав целостную, сплоченную производственную систему.
 
Узнайте больше об Oerlikon: https://www.oerlikon.com/en/