Wenn wir über Metalladditive Fertigung (AM) in der Teileproduktion sprechen, endet es oft damit, dass wir diese aufkommende Technologie als eine Störung der alten Fertigungsmethoden diskutieren. Herkömmliche Fertigungsmethoden wie Löten, Schweißen und Gießen sind die „alte Garde“. Und obwohl diese Methoden erprobt und wahr sind, sind sie mehr als alles andere „vertrauenswürdig“.
In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, die eine umfassende Zertifizierung, Qualifizierung und Validierung erfordern, bevor gefertigte Teile für den kommerziellen Einsatz in großem Umfang produziert werden können, geht dieser Prozess der Vertrauensbildung nur langsam vor sich.
Die Luft- und Raumfahrt ist eine Branche mit viel Aufsicht – zu Recht, wenn man bedenkt, wie hoch der Einsatz ist, wenn ein Teil ausfällt. Doch der Widerstand gegen neue Produktionstechniken mag sein Innovationen ersticken die weitreichende Verbesserungen bei Treibstoffeffizienz, Flugreichweite, Produktionszyklen von Teilen, die Konsolidierung wichtiger Teile und der Aufbau effizienterer Lieferketten – von all dem können sowohl große als auch kleine Akteure in der Branche profitieren.
In einer kürzlich herausgebrachten VELO Virtuelles Webinar, setzten sich Experten aus der Luft- und Raumfahrtindustrie zusammen, um einige der Hindernisse zu erörtern, die das Vertrauen in Metall-AM als weithin akzeptierten Teilefertigungsprozess verhindern, und wo die Industrie Additive in größerem Umfang einsetzen muss.
„Wir brauchen Berge von Daten“
Um ein Teil für den Einsatz in der kommerziellen Luftfahrt und der bemannten Raumfahrt herzustellen, müssen mehrere Hindernisse überwunden werden. Der Qualifizierungsprozess ist umfassend, um die regulatorischen Anforderungen zu erfüllen, die zur Erfüllung staatlicher und branchenspezifischer Aufsichtsbehörden erforderlich sind.
Darüber hinaus konzentriert sich der Regulierungsapparat weiterhin auf veraltete Herstellungsprozesse. Um Teile zu validieren, gibt es mehrere Tests, darunter Formen der zerstörungsfreien Prüfung, Röntgenstrahlen, CT-Scans und mehr, die alle darauf abzielen, Vertrauen in den Produktionsprozess aufzubauen.
Da sich viele der für diese Tests festgelegten Standards jedoch an älteren Herstellungsprozessen orientieren, können die Ergebnisse bei der Anwendung auf Metall-AM stark variieren.
AM ist ein einzigartiger Herstellungsprozess. Beim Drucken erstellen Sie ein Teil, aber Sie erstellen auch das Material, indem Sie pulverisiertes Metall schmelzen und zusammenschweißen. Tatsächlich führen Sie zwei Schritte in einem aus.
Hersteller, die Qualität als einen einzigen Schritt betrachten, stehen vor Herausforderungen. Stattdessen müssen sie die Qualifizierung aufschlüsseln: zuerst für das Material und dann für die Teilegeometrie. Viele Hersteller implementieren jedoch unterschiedliche Prozessparameter für ihre Teile, um ihren Druck abzuschließen. Dies bedeutet, dass es sehr wenig Standardisierung von einem Drucker zum anderen gibt.
Wenn Sie kein sehr großes, stark kapitalisiertes Unternehmen sind, ist die Qualifikation für die höchsten Industrieebenen möglicherweise unerreichbar.
Auch wenn die additive Fertigung aufgrund ihrer Fähigkeit, die Eintrittsbarriere für die Teileproduktion in Bezug auf Zeit und Kosten zu senken, immer beliebter wird, fangen viele Hersteller, die mit Additiven arbeiten, bei Null an oder stehen kurz davor.
Infolgedessen können die Tests und Validierungen nach der Produktion die Produktionskosten übersteigen, was bedeutet, dass sich zusätzliche Hindernisse für Startup-Hersteller ergeben, die die additive Fertigung einsetzen.
„Wir tun viel, aber die Grundlage dafür ist das Verständnis des gedruckten Materials, der Eigenschaften, die es Ihnen verleiht: die Festigkeit, die Dichte, die Chemie, all das“, sagte er Brian Baughmann, Chefingenieur Fertigung bei Honeywell Aerospace. „Sie machen einige Zugdaten, Sie machen einige Ermüdungsdaten, aber manchmal ist es nur eine kleine Teilmenge. Wir brauchen Berge von Daten. Wir werden wahrscheinlich über 1 Million US-Dollar ausgeben, nur um eine einzige Legierung für gedruckte Additive zu charakterisieren.“
Platz dagegen
Obwohl es mehrere Hindernisse für die Qualifizierung von Teilen in der Luft- und bemannten Raumfahrt gibt, stellt die unbemannte Raumfahrt einen starken Kontrast zu dem dar, was passiert, wenn die regulatorischen Anforderungen gelockert werden.
Indem sie mehr Raum für die Einführung neuer Produktionstechniken bietet, gibt die Weltraumforschung Startups Spielraum, um Innovationen voranzutreiben, indem sie Eintrittsbarrieren senkt, insbesondere in frühen Testphasen.
„Unser Ziel sind die niedrigsten Kosten. Daher führen wir Nachbearbeitungs- oder Inspektionsprozesse nur dann durch, wenn dies erforderlich ist“, sagte er Max Haot, Gründer und CEO von Launcher.
Wenn das Ziel darin besteht, Innovationen voranzutreiben und Produktionstechniken an die Zeit anzupassen, muss die Sichtweise der Luft- und Raumfahrt auf die additive Fertigung geändert und ihr Paradigma an neue Produktionsweisen angepasst werden.
Vertrauen in die additive Fertigung durch Kooperation aufbauen
Ein Teil des Vertrauensaufbaus in einem Prozess besteht darin, Transparenz und Übersicht zu vermitteln. Bei Velo3D ist die Qualitätssicherung in den End-to-End-Produktionszyklus eines Teils integriert. Mit In-situ-Datenverfolgung während jeder Phase des Druckprozesses bietet Velo3D Assure™-Software überwacht sowohl den Drucker als auch das Teil genau, Schicht für Schicht.
„Als Unternehmen für Fertigungstechnologie ist es unser Ziel, unseren Kunden die Werkzeuge an die Hand zu geben, die sie benötigen, um sich auf die Qualität des gedruckten Teils verlassen zu können“, sagt er Dr. Zach Murphree, Vizepräsident für technische Partnerschaften bei Velo3D. „Das ist das entscheidende Ergebnis, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, wo es um Vertrauensintervalle in Ihrer Teilequalität geht. Eines der Dinge, auf die wir uns wirklich konzentrieren, ist der Einbau von Inspektions- und Messfähigkeiten in die Ausrüstung, sodass Sie während der Herstellung des Produkts viele Daten erhalten, die umsetzbar und intelligent sind und Ihnen Vertrauen geben.“
Einer der Unterschiede zur Lösung von Velo3D besteht darin, dass sie mit einer umfangreichen Bibliothek standardisierter Parametersätze zum Drucken der komplexesten Geometrien ausgestattet ist. Während dies ermöglicht es Unternehmen, zuvor unmögliche Teile zu erstellen, das Schlüsselwort hier ist "standardisiert".
Das bedeutet, dass die von Velo3D-Druckern generierten Materialeigenschaften für jedes Material konform sind. Dies ermöglicht ferner die Generierung von reinen Datensätzen wie MMPDS (Metallic Materials Properties Development and Standardization) auf Lieferantenebene.
Mit diesem Modell ist jedes Unternehmen, das eine Velo3D-Lösung besitzt, in der Lage, Teile herzustellen, die aus quantitativ verstandenen Materialien bestehen – eine Premiere in der Branche.
Für eine breitere Akzeptanz und Einführung von Metall-AM in der Luft- und Raumfahrtindustrie muss es eine Standardisierung von Basismetriken geben, die von Regulierungsbehörden zur Bestimmung der Teilequalität verwendet werden können.
Während unterschiedliche Maschinen und unterschiedliche AM-Produktionstechniken die Standardisierung zu einer Herausforderung machen, ist es mit dem einzigartigen Marktansatz von Velo3D möglich, dass ein regulatorischer Rahmen um die aktuellen Validierungspraktiken in der Branche herum aufgebaut werden kann.
„Eines der Dinge, auf die ich mich freue, ist, dass sich immer mehr Datenkonsortien bilden, um Dinge wie Mindestspezifikationen zu entwickeln“, sagt er Laura Elly, Programmdirektor von The Barnes Global Advisors. „Obwohl sie möglicherweise nicht alle zulässigen MMPDS-Designs erreichen, zeigen all diese Dinge einen Reifegrad [in der AM-Branche].“
Mit der Weiterentwicklung der additiven Fertigungsindustrie wird sich auch die Regulierung weiterentwickeln. Die derzeitigen Wachstumsschmerzen sind ein Zeichen dafür, dass Innovationen im AM-Bereich und eine breitere Akzeptanz der Technologie auf langsamere Kräfte wie Aufsichtsbehörden in der Luft- und Raumfahrt stoßen.
Mit Zusammenarbeit und weiteren Innovationen sind der Metall-AM in der Luft- und Raumfahrt jedoch keine Grenzen gesetzt.
Kontaktieren Sie uns noch heute um das Gespräch in Gang zu bringen und mehr über die vollständige End-to-End-Lösung für die additive Fertigung von Velo3D zu erfahren.
