Quando parliamo di produzione di additivi metallici (AM) nella produzione di parti, spesso finiamo per discutere di questa tecnologia emergente come un'interruzione dei vecchi metodi di produzione. Metodi di produzione tradizionali come brasatura, saldatura e fusione rappresentano la "vecchia guardia". E mentre questi metodi sono provati e veri, più di ogni altra cosa sono "fidati".
In settori come quello aerospaziale e aeronautico che richiedono un'ampia certificazione, qualificazione e convalida prima che le parti fabbricate possano essere ampiamente prodotte per uso commerciale, questo processo di costruzione della fiducia procede lentamente.
L'aerospaziale è un settore con molta supervisione, giustamente dato quanto è alta la posta in gioco se una parte dovesse fallire. Eppure la resistenza alle nuove tecniche di produzione può esserlo innovazioni soffocanti che potrebbe fornire miglioramenti diffusi all'efficienza del carburante, all'autonomia di volo, cicli di produzione dei pezzi, il consolidamento di parti cruciali e la costruzione di catene di approvvigionamento più efficienti, tutte cose che possono avvantaggiare sia i grandi che i piccoli attori del settore.
In un recente VELOWebinar virtuale, esperti dell'industria aeronautica e spaziale si sono riuniti per discutere di alcuni degli ostacoli che impediscono la fiducia nell'AM in metallo come processo di produzione di parti ampiamente accettato e in cui l'industria deve adottare l'additivo in modo più sostanziale.
“Abbiamo bisogno di montagne di dati”
Per fabbricare una parte da utilizzare nell'aviazione commerciale e nel volo spaziale con equipaggio, ci sono diverse barriere che devono essere superate. Il processo di qualificazione è esaustivo per soddisfare i requisiti normativi necessari per soddisfare gli enti governativi e di supervisione del settore.
Inoltre, l'apparato normativo rimane incentrato sui processi di produzione tradizionali. Per convalidare le parti, ci sono diversi test, tra cui forme di test non distruttivi, raggi X, scansioni CT e altro, che funzionano tutti per creare fiducia e fiducia nel processo di produzione.
Ma poiché molti degli standard fissati per questi test sono guidati da processi di produzione legacy, i risultati possono variare notevolmente se applicati all'AM in metallo.
AM è un processo di produzione unico. Durante la stampa, stai creando una parte, ma stai anche creando il materiale fondendo e saldando insieme metallo in polvere. In effetti, stai eseguendo due passaggi in uno.
I produttori che cercano la qualità come un unico passo dovranno affrontare sfide. Invece, devono abbattere la qualifica: prima per il materiale e poi per la geometria della parte. Ma molti produttori implementano parametri di processo diversi affinché le loro parti completino la stampa. Ciò significa che c'è pochissima standardizzazione da una stampante all'altra.
A meno che tu non sia un'azienda molto grande e fortemente capitalizzata, la qualificazione per i livelli più alti dell'industria potrebbe essere fuori portata.
Anche se la produzione additiva aumenta in adozione per la sua capacità di abbassare la barriera di ingresso per la produzione di parti in termini di tempi e costi, molti produttori che lavorano in additivo stanno iniziando da zero, o quasi.
Di conseguenza, i test e la convalida post-produzione possono superare i costi di produzione, il che significa che si presentano ulteriori ostacoli per i produttori di startup che implementano la produzione additiva.
“C'è molto che facciamo, ma alla base c'è la comprensione del materiale stampato, le proprietà che ti dà: la forza, la densità, la chimica, tutto questo” ha detto Brian Baughmann, Ingegnere capo di produzione per Honeywell Aerospace. “Fai alcuni dati sulla trazione, fai alcuni dati sulla fatica, ma a volte è solo un piccolo sottoinsieme. Abbiamo bisogno di montagne di dati. Probabilmente spenderemo più di 1 milione di dollari solo per caratterizzare una singola lega per l'additivo stampato".
Lo spazio, al contrario
Sebbene esistano diversi ostacoli per la qualificazione delle parti nell'aviazione e nel volo spaziale con equipaggio, il volo spaziale senza equipaggio presenta un netto contrasto con ciò che accade quando i requisiti normativi vengono allentati.
Consentendo più spazio per l'adozione di nuove tecniche di produzione, l'esplorazione dello spazio offre alle startup un margine di manovra per guidare l'innovazione abbassando le barriere all'ingresso, in particolare nelle prime fasi di test.
“Il nostro obiettivo è il minor costo. Quindi, eseguiamo processi di post-elaborazione o ispezione solo se necessario", ha affermato Max Haot, Fondatore e CEO di Launcher.
Se l'obiettivo è guidare l'innovazione e adattare le tecniche di produzione ai tempi, sarà necessario un cambiamento nel modo in cui l'aviazione e il settore aerospaziale guardano alla produzione additiva e adattano il loro paradigma alle nuove modalità di produzione.
Costruire la fiducia nella produzione additiva attraverso la cooperazione
Parte della costruzione della fiducia in un processo è comunicare trasparenza e supervisione. In Velo3D, la garanzia della qualità è integrata nel ciclo di produzione end-to-end di una parte. Con il tracciamento dei dati in situ durante ogni fase del processo di stampa, Velo3D Assure™ monitora da vicino sia la stampante che la parte, strato dopo strato.
"In qualità di azienda di tecnologia di produzione, il nostro obiettivo è fornire ai clienti gli strumenti di cui hanno bisogno per avere fiducia nella qualità della parte stampata", afferma Dr. Zach Murphree, vicepresidente delle partnership tecniche presso Velo3D. “Questo è il risultato critico, soprattutto nel settore aerospaziale, dove si parla di intervalli di confidenza nella qualità del pezzo. Una delle cose su cui ci concentriamo davvero è integrare le capacità di ispezione e metrologia nell'attrezzatura, in modo che mentre produci il prodotto ottieni molti dati che sono fruibili e intelligenti e ti consentono di avere fiducia.
Una delle differenze con la soluzione di Velo3D è che viene fornita con una ricca libreria di set di parametri standardizzati per stampare le geometrie più complesse. Mentre questo consente alle aziende di creare parti precedentemente impossibili, la parola chiave qui è "standardizzata".
Ciò significa che le proprietà del materiale generate dalle stampanti Velo3D sono conformi per ciascun materiale. Ciò consente inoltre la generazione di set di dati con pedigree, come MMPDS (Metallic Materials Properties Development and Standardization), a livello di fornitore.
Con questo modello, ogni azienda che possiede una soluzione Velo3D è in grado di produrre parti formate da materiali quantitativamente compresi, una novità nel settore.
Per un'accettabilità e un'adozione più diffuse dell'AM in metallo nell'industria aerospaziale e aeronautica, deve esserci una standardizzazione delle metriche di base che possono essere utilizzate dagli organismi di regolamentazione per determinare la qualità delle parti.
Mentre macchine diverse e diverse tecniche di produzione AM rendono la standardizzazione impegnativa, con l'approccio unico di Velo3D al mercato, è possibile costruire un quadro normativo attorno alle attuali pratiche di convalida nel settore.
"Una delle cose che sta succedendo di cui sono entusiasta è che stiamo iniziando a vedere la formazione di più consorzi di dati per sviluppare cose come i minimi di specifica", afferma Laura Eli, Direttore dei programmi per The Barnes Global Advisors. "Anche se potrebbero non essere pienamente ammissibili per la progettazione MMPDS, tutte queste cose stanno mostrando un livello di maturità [nel settore AM]."
Mentre l'industria manifatturiera additiva continua ad evolversi, la regolamentazione si evolverà con essa. Gli attuali problemi di crescita sono un segno che l'innovazione nello spazio AM e l'adozione più diffusa della tecnologia si stanno scontrando con forze in movimento più lente come le agenzie di supervisione nel settore aerospaziale e aeronautico.
Con la cooperazione e l'ulteriore innovazione, tuttavia, il cielo è il limite per l'AM in metallo nel settore aerospaziale.
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