Costruzione del sistema di conformità nella supply chain aerospaziale della stampa 3D

I requisiti speciali del settore aerospaziale per la stampa 3D

Il settore aerospaziale è uno dei primi campi di applicazione della tecnologia di stampa 3D e allo stesso tempo uno dei più severi in termini di requisiti. La ricerca della massima sicurezza e affidabilità nel settore aerospaziale rende la soglia di ingresso in questa supply chain estremamente elevata. Il sistema di gestione della qualità AS9100, la certificazione dei processi speciali NADCAP, la certificazione di aeronavigabilità e una serie di altri requisiti di conformità costituiscono una barriera d’ingresso che le aziende di servizi di stampa 3D devono necessariamente superare. Le conseguenze del guasto di un componente aerospaziale sono spesso catastrofiche, pertanto il settore richiede un’affidabilità del processo di produzione molto superiore a quella dei normali ambiti industriali. Prendendo come esempio la stampa 3D metallica, il requisito di porosità per i componenti aeronautici è generalmente inferiore allo 0,2%, mentre nelle aree critiche è richiesta persino una densità completa; il rilevamento dei difetti interni deve essere eseguito mediante TC industriale, con una precisione in grado di identificare difetti superiori a 50 micron; inoltre, ogni lotto di componenti deve essere sottoposto a prove distruttive per verificare la coerenza delle prestazioni meccaniche.

Sistema di certificazione dei materiali e gestione dei pacchetti dati

Nella supply chain aerospaziale, la certificazione dei materiali è il primo passo. I materiali per la stampa 3D non possono limitarsi a fornire il certificato di conformità del fornitore, ma devono anche essere certificati secondo le specifiche dei clienti aerospaziali. La certificazione dei materiali comprende normalmente l’analisi della composizione chimica, le prove delle proprietà meccaniche, l’analisi della microstruttura e la verifica della coerenza tra i lotti. Il pacchetto dati del materiale è il principale deliverable della certificazione del materiale. Un pacchetto dati completo dovrebbe includere la scheda tecnica del materiale, le specifiche di processo, i rapporti di prova delle prestazioni, la caratterizzazione della microstruttura e i dati del controllo statistico di processo. Per i materiali in polvere metallica, è inoltre necessario fornire dati storici su distribuzione granulometrica, sfericità, contenuto di ossigeno, fluidità e altri indicatori. La creazione e la manutenzione di un pacchetto dati del materiale è un lavoro di lungo periodo che richiede accumulo continuo di dati e una rigorosa gestione della documentazione.

Qualificazione del processo e ispezione del primo articolo

La qualificazione del processo è il procedimento che dimostra la capacità del processo di stampa di produrre in modo stabile componenti conformi. Nel settore aerospaziale, la qualificazione del processo segue generalmente protocolli rigorosi. Il processo di qualificazione comprende la definizione della finestra dei parametri di processo, lo svolgimento di studi sulla capacità del processo, il completamento dell’ispezione del primo articolo e la creazione di un piano di controllo del processo. L’ispezione del primo articolo è una fase fondamentale della qualificazione del processo. Essa richiede la verifica dimensionale completa e la validazione funzionale del primo componente prodotto, per garantire che tutti i requisiti di progetto siano soddisfatti. Il rapporto di ispezione del primo articolo include normalmente i dati di controllo dimensionale completo, i risultati delle prove sulle proprietà dei materiali, i rapporti sulle prove non distruttive e la dichiarazione di conformità. Una volta superata l’ispezione del primo articolo, la combinazione dei parametri di processo viene bloccata e la produzione successiva deve attenersi rigorosamente a tali parametri.

Sistema qualità: AS9100 e NADCAP

AS9100 è lo standard di sistema di gestione della qualità aerospaziale basato su ISO 9001, arricchito con i requisiti specifici del settore aerospaziale. Ottenere la certificazione AS9100 è una condizione preliminare per entrare nella supply chain aerospaziale. Il processo di certificazione comprende la definizione della documentazione del sistema di gestione della qualità, l’attuazione degli audit interni, la ricezione dell’audit da parte dell’ente di certificazione terzo e le successive sorveglianze periodiche. NADCAP è il programma di certificazione dei processi speciali del settore aerospaziale, che copre 18 aree specialistiche tra cui trattamenti termici, controlli non distruttivi, prove sui materiali, rivestimenti e altre. La stampa 3D, in quanto processo speciale, sta gradualmente sviluppando il proprio percorso di certificazione NADCAP. Ottenere la certificazione NADCAP è difficile e costoso, ma rappresenta anche un modo importante per le aziende di costruire un vantaggio competitivo differenziato nella supply chain aerospaziale.

Certificazione di aeronavigabilità e approvazione del componente

La certificazione di aeronavigabilità è l’ultimo ostacolo prima della commercializzazione dei componenti aerospaziali. Per i componenti stampati in 3D, il percorso di certificazione di aeronavigabilità comprende generalmente l’approvazione delle specifiche di materiale, l’approvazione delle specifiche di processo, l’approvazione della produzione del componente e il certificato supplementare di tipo. Il cuore dell’approvazione del componente è dimostrare l’equivalenza, ossia che le prestazioni del componente stampato in 3D non siano inferiori a quelle del componente originale di progetto. La dimostrazione dell’equivalenza richiede normalmente una grande quantità di dati di confronto, comprese prove di resistenza statica, prestazioni a fatica e adattabilità ambientale. Per i componenti strutturali critici, sono necessarie anche prove strutturali a grandezza naturale per verificare la capacità di carico limite. L’intero processo di certificazione di aeronavigabilità può richiedere da 1 a 3 anni e un investimento di milioni di dollari. Tuttavia, una volta ottenuta l’approvazione, il componente potrà beneficiare di ordini stabili e di lungo periodo, con un ritorno sull’investimento molto considerevole.

Gestione della tracciabilità e sistema documentale

Nel settore aerospaziale, i requisiti di tracciabilità del prodotto raggiungono il massimo livello. Ogni componente deve poter essere ricondotto al lotto originale di materiale, all’attrezzatura di produzione, ai parametri di processo, agli operatori, ai risultati dei controlli e alla registrazione della consegna. Una catena di tracciabilità completa consente, in caso di problemi su un componente, di individuare rapidamente la causa principale e adottare misure correttive. Il sistema documentale è la base della gestione della tracciabilità. La quantità di documentazione prodotta da un progetto aerospaziale è molto superiore a quella di un progetto industriale ordinario