Certificazione del processo di stampa 3D e controllo qualità per componenti leggeri aerospaziali

Caratteristiche dell'applicazione della stampa 3D nel settore aerospaziale

Il settore aerospaziale è il campo più stimolante e prezioso per l'applicazione della tecnologia di stampa 3D. I componenti aeronautici sono estremamente sensibili al peso e il design leggero è una ricerca eterna. I processi di produzione tradizionali sono limitati dai percorsi utensile e dalle forme degli stampi, rendendo difficile la produzione di strutture complesse. La tecnologia di stampa 3D supera i limiti dei processi tradizionali e può realizzare la produzione di concetti di progettazione avanzati come l’ottimizzazione della topologia, la struttura reticolare e la progettazione integrata. Le parti aerospaziali hanno requisiti estremamente elevati in termini di prestazioni dei materiali, precisione di produzione e stabilità della qualità e qualsiasi difetto può portare a conseguenze catastrofiche. Pertanto, il settore aerospaziale ha stabilito rigorosi sistemi di certificazione dei processi e di controllo della qualità per la tecnologia di stampa 3D.

Sistema di certificazione e tracciabilità dei materiali

I materiali per la stampa 3D utilizzati nel settore aerospaziale richiedono una rigorosa certificazione dei materiali. Il primo riguarda i test sulle prestazioni dei materiali, tra cui l'analisi della composizione chimica, i test sulle proprietà meccaniche (trazione, compressione, flessione, impatto, fatica, ecc.) e i test sulle proprietà fisiche (densità, durezza, conduttività, ecc.). Il secondo passaggio è la verifica dell'applicabilità del processo per verificare le prestazioni di stampa e le prestazioni della parte del materiale in base ai parametri di processo target. Il terzo è la verifica della coerenza dei lotti per garantire che le prestazioni dei materiali dei diversi lotti siano stabili. Il sistema di tracciabilità dei materiali richiede che ogni lotto di materiali abbia un'identificazione univoca e che l'intero processo dall'approvvigionamento delle materie prime, allo stoccaggio, all'utilizzo fino alla produzione delle parti sia tracciabile. Lo stoccaggio dei materiali richiede condizioni ambientali controllate per prevenire il degrado o la contaminazione del materiale. Anche il riciclaggio dei materiali deve essere rigorosamente controllato e si dovrebbe stabilire un limite di utilizzo e un meccanismo di monitoraggio delle prestazioni.

Processo di certificazione dei parametri di processo

La certificazione dei parametri di processo di stampa 3D è la chiave per garantire una qualità stabile delle parti. Il processo di qualificazione solitamente comprende: lo sviluppo dei parametri, la determinazione della finestra ottimale dei parametri del processo attraverso la progettazione degli esperimenti (DOE). Il blocco dei parametri determina l'intervallo dei parametri di certificazione e qualsiasi modifica richiede una nuova certificazione. Produzione di prova di pezzi, stampando un certo numero di pezzi di prova secondo parametri certificati. Test delle prestazioni: condurre test prestazionali completi sulle parti del prototipo, comprese dimensioni, densità, proprietà meccaniche, test non distruttivi, ecc. Il controllo statistico del processo (SPC) stabilisce indicatori di valutazione della capacità del processo per garantire la stabilità del processo. La certificazione del processo deve essere eseguita in conformità ai requisiti del sistema di gestione della qualità aerospaziale come AS9100 e i documenti di certificazione devono essere inviati ai clienti o alle agenzie di regolamentazione per la revisione e l'approvazione. Eventuali modifiche ai parametri dopo la certificazione sono soggette a un processo di controllo delle modifiche.

Test di qualità e test non distruttivi

I test di qualità delle parti stampate in 3D aerospaziali includono test distruttivi e test non distruttivi. I test distruttivi vengono utilizzati per la certificazione del processo e l'ispezione del campionamento dei lotti, inclusi test delle proprietà meccaniche, analisi metallografiche, analisi della composizione chimica, ecc. I test non distruttivi sono un elemento di ispezione indispensabile per ogni pezzo nella produzione di massa. I metodi comunemente utilizzati includono: TC industriale per rilevare pori interni, crepe, inclusioni e altri difetti. Test ad ultrasuoni per rilevare difetti interni su vaste aree. Ispezione penetrante per rilevare difetti di apertura della superficie. L'ispezione a raggi X rileva difetti interni in parti specifiche. Ispezione dimensionale, utilizzando una macchina di misura a coordinate o uno scanner ottico per misurare le dimensioni della parte. I risultati dei test devono essere confrontati con gli standard di accettazione e i prodotti non qualificati devono essere esaminati e trattati.

Approvazione del progetto e certificazione di aeronavigabilità

Le parti dell'aviazione devono ottenere la certificazione di aeronavigabilità prima di poter essere installate e utilizzate. L'approvazione del progetto richiede la presentazione di disegni di progettazione delle parti, specifiche dei materiali, procedure di processo, rapporti di prova e altri documenti per dimostrare che il progetto soddisfa i requisiti di aeronavigabilità. L’approvazione della produzione richiede la prova che le capacità di produzione possano produrre stabilmente parti che soddisfino il progetto. La certificazione di aeronavigabilità delle parti è un processo complesso che richiede una stretta collaborazione tra il richiedente e l'autorità di aeronavigabilità. Essendo una tecnologia di produzione emergente, la stampa 3D ha un’esperienza relativamente limitata nella certificazione di aeronavigabilità ed è necessario accumulare più casi applicativi e dati. Si consiglia di comunicare con l'autorità di aeronavigabilità nelle prime fasi del progetto per chiarire i requisiti e i percorsi di certificazione per evitare successive rielaborazioni.