Certificering van 3D-printprocessen en kwaliteitscontrole voor lichtgewicht componenten in de lucht- en ruimtevaart

Kenmerken van toepassingen voor 3D-printen in de ruimtevaart

De ruimtevaart is het meest uitdagende en waardevolle vakgebied voor de toepassing van 3D-printtechnologie. Luchtvaartonderdelen zijn extreem gevoelig voor gewicht, en lichtgewicht ontwerp is een eeuwig streven. Traditionele productieprocessen worden beperkt door gereedschapspaden en matrijsvormen, waardoor het moeilijk is om complexe structuren te vervaardigen. 3D-printtechnologie doorbreekt de beperkingen van traditionele processen en kan de productie van geavanceerde ontwerpconcepten realiseren, zoals topologie-optimalisatie, roosterstructuur en geïntegreerd ontwerp. Luchtvaartonderdelen stellen extreem hoge eisen aan materiaalprestaties, productieprecisie en kwaliteitsstabiliteit, en eventuele defecten kunnen catastrofale gevolgen hebben. Daarom heeft de lucht- en ruimtevaartsector strikte procescertificerings- en kwaliteitscontrolesystemen voor 3D-printtechnologie opgezet.

Materiaalcertificerings- en traceerbaarheidssysteem

3D-printmaterialen die in de lucht- en ruimtevaart worden gebruikt, vereisen strikte materiaalcertificering. De eerste is het testen van materiaalprestaties, inclusief analyse van de chemische samenstelling, testen van mechanische eigenschappen (trek, compressie, buiging, impact, vermoeidheid, enz.) en testen van fysieke eigenschappen (dichtheid, hardheid, geleidbaarheid, enz.). De tweede stap is de verificatie van de procestoepasbaarheid om de printprestaties en onderdeelprestaties van het materiaal te verifiëren onder de beoogde procesparameters. De derde is batchconsistentieverificatie om ervoor te zorgen dat de materiaalprestaties van verschillende batches stabiel zijn. Het materiaaltraceerbaarheidssysteem vereist dat elke partij materialen een unieke identificatie heeft, en het hele proces, van de inkoop van grondstoffen, de opslag en het gebruik tot de productie van onderdelen, is traceerbaar. Materiaalopslag vereist gecontroleerde omgevingsomstandigheden om materiaaldegradatie of verontreiniging te voorkomen. Ook de recycling van materialen moet strikt worden gecontroleerd, en er moet een mechanisme voor gebruikslimieten en prestatiemonitoring worden ingesteld.

Certificatieproces van procesparameters

Certificatie van procesparameters voor 3D-printen is de sleutel tot het garanderen van een stabiele onderdeelkwaliteit. Het kwalificatieproces omvat doorgaans: parameterontwikkeling, het bepalen van het optimale procesparametervenster door middel van ontwerp van experimenten (DOE). Parametervergrendeling bepaalt het bereik van de certificeringsparameters, en voor eventuele wijzigingen is hercertificering vereist. Proefproductie van onderdelen, waarbij een bepaald aantal proefonderdelen wordt afgedrukt onder gecertificeerde parameters. Prestatietesten: voer uitgebreide prestatietests uit op prototypeonderdelen, inclusief grootte, dichtheid, mechanische eigenschappen, niet-destructieve tests, enz. Statistische procescontrole (SPC) stelt evaluatie-indicatoren voor procescapaciteiten vast om processtabiliteit te garanderen. Procescertificering moet worden uitgevoerd in overeenstemming met de vereisten voor kwaliteitsmanagementsystemen in de lucht- en ruimtevaart, zoals AS9100, en certificeringsdocumenten moeten ter beoordeling en goedkeuring worden voorgelegd aan klanten of regelgevende instanties. Eventuele parameterwijzigingen na certificering zijn onderworpen aan een wijzigingscontroleproces.

Kwaliteitstesten en niet-destructieve testen

Kwaliteitstesten van 3D-geprinte onderdelen in de ruimtevaart omvatten destructieve testen en niet-destructieve testen. Destructieve tests worden gebruikt voor procescertificering en inspectie van batchmonsters, inclusief testen van mechanische eigenschappen, metallografische analyses, analyse van de chemische samenstelling, enz. Niet-destructieve tests zijn een must-inspectie voor elk stuk in massaproductie. Veelgebruikte methoden zijn onder meer: ​​industriële CT om interne poriën, scheuren, insluitsels en andere defecten te detecteren. Ultrasoon testen om interne defecten op grote oppervlakken te detecteren. Penetrantinspectie om defecten aan de oppervlakteopening op te sporen. Röntgeninspectie detecteert interne defecten in specifieke onderdelen. Dimensionale inspectie, met behulp van een coördinatenmeetmachine of optische scanner om de afmetingen van onderdelen te meten. De testresultaten moeten worden vergeleken met de acceptatienormen en niet-gekwalificeerde producten moeten worden beoordeeld en behandeld.

Ontwerpgoedkeuring en luchtwaardigheidscertificering

Luchtvaartonderdelen moeten luchtwaardigheidscertificering verkrijgen voordat ze kunnen worden geïnstalleerd en gebruikt. Voor ontwerpgoedkeuring zijn ontwerptekeningen van onderdelen, materiaalspecificaties, procesprocedures, testrapporten en andere documenten nodig om te bewijzen dat het ontwerp voldoet aan de luchtwaardigheidseisen. Voor productiegoedkeuring is het bewijs nodig dat de productiemogelijkheden op stabiele wijze onderdelen kunnen produceren die aan het ontwerp voldoen. Certificering van de luchtwaardigheid van onderdelen is een complex proces dat nauwe samenwerking vereist tussen de aanvrager en de luchtwaardigheidsautoriteit. Als opkomende productietechnologie heeft 3D-printen relatief beperkte ervaring met luchtwaardigheidscertificering, en er moeten meer toepassingsgevallen en gegevens worden verzameld. Het wordt aanbevolen om in de vroege stadia van het project met de luchtwaardigheidsautoriteit te communiceren om de certificeringsvereisten en -trajecten te verduidelijken om latere herwerking te voorkomen.