Zertifizierung und Qualitätskontrolle des 3D-Druckprozesses für Leichtbaukomponenten in der Luft- und Raumfahrt

Anwendungsmerkmale des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrt

Die Luft- und Raumfahrt ist der anspruchsvollste und wertvollste Bereich für die Anwendung der 3D-Drucktechnologie. Luftfahrtteile reagieren extrem empfindlich auf das Gewicht, und Leichtbau ist ein ewiges Streben. Herkömmliche Herstellungsverfahren sind durch Werkzeugwege und Formformen eingeschränkt, was die Herstellung komplexer Strukturen erschwert. Die 3D-Drucktechnologie durchbricht die Grenzen traditioneller Prozesse und kann die Herstellung fortschrittlicher Designkonzepte wie Topologieoptimierung, Gitterstruktur und integriertes Design realisieren. An Teile für die Luft- und Raumfahrt werden extrem hohe Anforderungen an Materialleistung, Fertigungspräzision und Qualitätsstabilität gestellt, und jegliche Mängel können katastrophale Folgen haben. Aus diesem Grund hat die Luft- und Raumfahrtbranche strenge Prozesszertifizierungs- und Qualitätskontrollsysteme für die 3D-Drucktechnologie eingeführt.

Materialzertifizierungs- und Rückverfolgbarkeitssystem

3D-Druckmaterialien, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, erfordern eine strenge Materialzertifizierung. Die erste umfasst die Prüfung der Materialleistung, einschließlich der Analyse der chemischen Zusammensetzung, der Prüfung der mechanischen Eigenschaften (Zug, Druck, Biegung, Schlag, Ermüdung usw.) und der Prüfung der physikalischen Eigenschaften (Dichte, Härte, Leitfähigkeit usw.). Der zweite Schritt ist die Überprüfung der Prozessanwendbarkeit, um die Druckleistung und Teileleistung des Materials unter den Zielprozessparametern zu überprüfen. Die dritte Möglichkeit ist die Überprüfung der Chargenkonsistenz, um sicherzustellen, dass die Materialleistung verschiedener Chargen stabil ist. Das Materialrückverfolgbarkeitssystem erfordert, dass jede Materialcharge eine eindeutige Identifizierung hat und der gesamte Prozess von der Rohstoffbeschaffung über die Lagerung und Verwendung bis hin zur Teilefertigung rückverfolgbar ist. Die Materiallagerung erfordert kontrollierte Umgebungsbedingungen, um eine Verschlechterung oder Kontamination des Materials zu verhindern. Auch das Recycling von Materialien muss streng kontrolliert werden und es sollten eine Nutzungsbegrenzung und ein Leistungsüberwachungsmechanismus eingerichtet werden.

Prozessparameter-Zertifizierungsprozess

3D-Druck-Prozessparameterzertifizierung ist der Schlüssel zur Gewährleistung einer stabilen Teilequalität. Der Qualifizierungsprozess umfasst in der Regel: Parameterentwicklung, Bestimmung des optimalen Prozessparameterfensters durch Versuchsplanung (DOE). Durch die Parametersperre wird der Zertifizierungsparameterbereich bestimmt, und alle Änderungen erfordern eine erneute Zertifizierung. Teilversuchsproduktion, Drucken einer bestimmten Anzahl von Versuchsteilen unter zertifizierten Parametern. Leistungstests: Führen Sie umfassende Leistungstests an Prototypenteilen durch, einschließlich Größe, Dichte, mechanische Eigenschaften, zerstörungsfreie Tests usw. Die statistische Prozesskontrolle (SPC) legt Indikatoren zur Bewertung der Prozessfähigkeit fest, um die Prozessstabilität sicherzustellen. Die Prozesszertifizierung muss in Übereinstimmung mit den Anforderungen des Luft- und Raumfahrt-Qualitätsmanagementsystems wie AS9100 durchgeführt werden, und Zertifizierungsdokumente müssen Kunden oder Aufsichtsbehörden zur Prüfung und Genehmigung vorgelegt werden. Alle Parameteränderungen nach der Zertifizierung unterliegen einem Änderungskontrollprozess.

Qualitätsprüfung und zerstörungsfreie Prüfung

Die Qualitätsprüfung von 3D-gedruckten Teilen für die Luft- und Raumfahrt umfasst zerstörende Prüfung und zerstörungsfreie Prüfung. Zerstörungsfreie Prüfungen werden für die Prozesszertifizierung und Chargenstichprobenprüfung eingesetzt, einschließlich der Prüfung mechanischer Eigenschaften, der metallografischen Analyse, der Analyse der chemischen Zusammensetzung usw. Die zerstörungsfreie Prüfung ist ein unverzichtbarer Prüfpunkt für jedes Stück in der Massenproduktion. Zu den häufig verwendeten Methoden gehören: Industrielle CT zur Erkennung von inneren Poren, Rissen, Einschlüssen und anderen Defekten. Ultraschallprüfung zur Erkennung großflächiger Innenfehler. Eindringprüfung zur Erkennung von Oberflächenöffnungsfehlern. Die Röntgeninspektion erkennt interne Mängel an bestimmten Teilen. Maßprüfung mit einem Koordinatenmessgerät oder einem optischen Scanner zur Messung der Teileabmessungen. Die Testergebnisse müssen mit den Akzeptanzstandards verglichen werden und nicht qualifizierte Produkte müssen überprüft und behandelt werden.

Entwurfsgenehmigung und Lufttüchtigkeitszertifizierung

Luftfahrtteile müssen eine Lufttüchtigkeitszertifizierung erhalten, bevor sie eingebaut und verwendet werden können. Für die Entwurfsgenehmigung sind Teilekonstruktionszeichnungen, Materialspezifikationen, Prozessverfahren, Testberichte und andere Dokumente einzureichen, um nachzuweisen, dass der Entwurf die Lufttüchtigkeitsanforderungen erfüllt. Für die Fertigungsgenehmigung ist der Nachweis erforderlich, dass die Fertigungskapazitäten stabil Teile produzieren können, die dem Design entsprechen. Die Teilezertifizierung der Lufttüchtigkeit ist ein komplexer Prozess, der eine enge Zusammenarbeit zwischen dem Antragsteller und der Lufttüchtigkeitsbehörde erfordert. Da es sich um eine aufstrebende Fertigungstechnologie handelt, verfügt der 3D-Druck über relativ begrenzte Erfahrung in der Lufttüchtigkeitszertifizierung und es müssen mehr Anwendungsfälle und Daten gesammelt werden. Es wird empfohlen, in den frühen Phasen des Projekts mit der Lufttüchtigkeitsbehörde zu kommunizieren, um Zertifizierungsanforderungen und -pfade zu klären und spätere Nacharbeiten zu vermeiden.