Speciale vereisten voor 3D-printen in de lucht- en ruimtevaartsector
De lucht- en ruimtevaartsector is een van de vroegste en strengste toepassingsgebieden voor 3D-printtechnologie. De absolute focus op veiligheid en betrouwbaarheid maakt de drempel om deze toeleveringsketen te betreden uitzonderlijk hoog. De AS9100-kwaliteitsmanagementnorm, NADCAP-certificering voor speciale processen, luchtwaardigheidscertificering en een reeks andere compliance-eisen vormen een hoge toegangsbarrière waar 3D-printdienstverleners doorheen moeten. Het falen van lucht- en ruimtevaartonderdelen heeft vaak rampzalige gevolgen, waardoor de sector veel hogere eisen stelt aan de betrouwbaarheid van het productieproces dan de algemene industrie. Bij metaal 3D-printen ligt de vereiste porositeit van luchtvaartonderdelen bijvoorbeeld doorgaans onder 0,2%, en voor kritieke delen wordt zelfs volledige dichtheid geëist; interne defectinspectie moet worden uitgevoerd met industriële CT, met een detectieprecisie die defecten van 50 micrometer of groter kan herkennen; en van elke partij onderdelen moeten destructieve tests worden uitgevoerd om de consistentie van de mechanische eigenschappen te verifiëren.
Materiaalscertificering en beheer van datarapporten
In de toeleveringsketen voor de lucht- en ruimtevaart is materiaalscertificering de eerste stap. 3D-printmaterialen mogen niet alleen een conformiteitscertificaat van de leverancier hebben; ze moeten ook voldoen aan de materiaalspecificaties van de lucht- en ruimtevaartklant. Materiaalcertificering omvat doorgaans analyse van de chemische samenstelling, tests van mechanische eigenschappen, analyse van de microstructuur en verificatie van de consistentie tussen batches. Het materiaaldatapakket is het kernopleveringselement van materiaalscertificering. Een volledig materiaaldatapakket moet gegevensbladen voor het materiaal, procesvoorschriften, prestatietestrapporten, microstructurele karakterisering en statistische procesbeheergegevens bevatten. Voor metaalpoeders moeten ook historische gegevens worden verstrekt over de deeltjesgrootteverdeling, bolvormigheid, zuurstofgehalte, vloeibaarheid en andere indicatoren van het poeder. Het opzetten en onderhouden van een materiaaldatapakket is een langdurige taak die voortdurende gegevensopbouw en documentbeheer vereist.
Proceskwalificatie en eerste artikelinspectie
Proceskwalificatie is het proces waarmee wordt aangetoond dat het printproces stabiel gekwalificeerde onderdelen kan produceren. In de lucht- en ruimtevaartsector volgt proceskwalificatie doorgaans strikte protocollen. Het kwalificatieproces omvat het vaststellen van het venster van procesparameters, het uitvoeren van procescapabiliteitsstudies, het voltooien van de eerste artikelinspectie en het opstellen van een procescontroleplan. De eerste artikelinspectie is een cruciale schakel in de proceskwalificatie. Daarbij moet het eerste geproduceerde onderdeel volledig dimensionaal worden gecontroleerd en functioneel worden geverifieerd om te garanderen dat aan alle ontwerpeisen is voldaan. Het FAI-rapport bevat doorgaans volledige meetgegevens, resultaten van materiaalprestatieproeven, rapporten van niet-destructief onderzoek en een conformiteitsverklaring. Zodra de eerste artikelinspectie is goedgekeurd, wordt die combinatie van procesparameters vastgezet en moet de daaropvolgende productie die strikt volgen.
Kwaliteitssystemen: AS9100 en NADCAP
AS9100 is een kwaliteitsmanagementnorm voor de lucht- en ruimtevaart, gebaseerd op ISO 9001, met aanvullende eisen specifiek voor de sector. Het behalen van AS9100-certificering is een voorwaarde om de lucht- en ruimtevaarttoeleveringsketen te betreden. Het certificeringsproces omvat het opstellen van documentatie voor het kwaliteitsmanagementsysteem, het uitvoeren van interne audits, het ondergaan van audits door een externe certificeringsinstantie en voortdurende toezichtaudits. NADCAP is een certificeringsprogramma voor speciale processen in de lucht- en ruimtevaart en omvat 18 gespecialiseerde gebieden zoals warmtebehandeling, niet-destructief onderzoek, materiaaltesten en coatings. 3D-printen is een speciaal proces waarvan de NADCAP-certificering zich geleidelijk ontwikkelt. Hoewel het behalen van NADCAP-certificering moeilijk en kostbaar is, is het ook een belangrijke manier voor bedrijven om een gedifferentieerd concurrentievoordeel in de lucht- en ruimtevaarttoeleveringsketen op te bouwen.
Luchtwaardigheidscertificering en goedkeuring van onderdelen
Luchtwaardigheidscertificering is de laatste horde voor de commercialisering van lucht- en ruimtevaartonderdelen. Voor 3D-geprinte onderdelen omvat het traject naar luchtwaardigheidscertificering doorgaans goedkeuring van de materiaalspecificatie, goedkeuring van de procesvoorschriften, goedkeuring van de productie van onderdelen en een aanvullend typecertificaat. De kern van goedkeuring van onderdelen is het aantonen van equivalentie: dat het 3D-geprinte onderdeel niet slechter presteert dan het oorspronkelijk ontworpen onderdeel. Het bewijs van equivalentie vereist doorgaans grote hoeveelheden vergelijkende testgegevens, waaronder statische sterkte, vermoeiingsprestaties en omgevingsbestendigheid. Voor kritieke structurele onderdelen zijn ook volledig schaalgrootte structurele tests nodig om het uiterste draagvermogen te verifiëren. Het hele traject naar luchtwaardigheidscertificering kan 1 tot 3 jaar duren en miljoenen dollars vergen. Maar zodra goedkeuring is verkregen, levert het onderdeel langdurige en stabiele bestellingen op, waardoor het rendement op investering zeer aantrekkelijk is.
Traceerbaarheidsbeheer en documentatiesysteem
In de lucht- en ruimtevaartsector is de eis voor producttraceerbaarheid tot het uiterste aangescherpt. Elk onderdeel moet terug te traceren zijn naar de oorspronkelijke materiaalbatch, productieapparatuur, procesparameters, operators, inspectieresultaten en leveringsrecords. Een complete traceerbaarheidsketen kan, wanneer er een probleem met een onderdeel optreedt, snel de oorzaak vinden en corrigerende maatregelen mogelijk maken. Het documentatiesysteem vormt de basis van traceerbaarheidsbeheer. Het aantal documenten dat door lucht- en ruimtevaartprojecten wordt gegenereerd, is dat van gewone industriële projecten
Dien een model, tekening, afbeelding of schriftelijke notities in. Ingenieurs beoordelen materiaal, proces, afwerking en levering op basis van daadwerkelijk gebruik.