Waarom ontwerp voor inspecteerbaarheid cruciaal is
In de precisietechniek bestaat het gezegde: wat je niet kunt meten, kun je niet beheersen. Voor 3D-geprinte onderdelen is kwaliteitscontrole en maatverificatie, door de inherente variabiliteit van het proces, nog belangrijker dan bij traditionele productie. Ontwerp voor inspecteerbaarheid is een methodologie waarbij in de ontwerpfase al volledig rekening wordt gehouden met de latere inspectiebehoeften. Zo wordt gegarandeerd dat onderdelen na het printen efficiënt, nauwkeurig en kosteneffectief kunnen worden gecontroleerd op maatvoering en prestatie. De complexe geometrie van 3D-geprinte onderdelen vormt een grote uitdaging voor traditionele meetmethoden. De tastende probe van een coördinatenmeetmachine kan afgesloten zones mogelijk niet bereiken; optische scanners kunnen door diepe groeven of schaduwgebieden datalacunes hebben; röntgen-CT kan wel interne defecten detecteren, maar is zeer kostbaar. Als in de ontwerpfase geen rekening wordt gehouden met meettoegankelijkheid, kan dat ertoe leiden dat onderdelen niet gevalideerd kunnen worden, met kwaliteitsrisico's tot gevolg.
Ontwerpprincipes voor inspectiereferenties
Inspectiereferenties vormen het referentiekader voor alle latere maatmetingen; de kwaliteit van hun ontwerp bepaalt rechtstreeks de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van de meetresultaten. Volgens de GD&T-norm moeten inspectiereferenties worden ontworpen volgens de principes van hoogste prioriteit, functiegerichtheid en stabiliteit. Bij 3D-geprinte onderdelen kan het vlak dat contact maakt met het printplatform, omdat dit platform doorgaans een hoge vlakheid heeft, als primaire referentie worden gebruikt. Bij het ontwerpen van inspectiereferenties moet worden gezorgd voor voldoende afmetingen en stabiliteit van de referentiekenmerken. De vlakheid van het referentievlak moet binnen 0,05 mm worden gehouden, en de diameter-tolerantie van het referentiegat mag niet groter zijn dan H7. Voor complexe onderdelen met kromme oppervlakken die geen drie orthogonale referentievlakken kunnen bieden, kunnen speciale inspectiereferentiekenmerken worden ontworpen, zoals procesgaten, referentievlakken of referentiebossen. Deze kenmerken kunnen in niet-kritieke zones worden geplaatst en, indien nodig, na de inspectie met nabewerking worden verwijderd.
Ontwerp voor meettoegankelijkheid
Meettoegankelijkheid verwijst naar het vermogen van de sensor of tastsonde van de meetapparatuur om het te meten kenmerk te bereiken. Bij het ontwerp van 3D-geprinte onderdelen moeten meetdode hoeken actief worden vermeden. Veelvoorkomende meetdode hoeken zijn de bodem van diepe gaten met een diepte-diameterverhouding groter dan 5:1, de binnenkant van afgesloten holtes, smalle kanalen smaller dan 3 mm en bodems die worden omgeven door hoge zijwanden. Strategieën om de meettoegankelijkheid te verbeteren zijn onder meer het ontwerpen van inspectievensters in afgesloten holtes, waarbij de afmeting van het venster de probe of het gezichtsveld van de optische scanner moet toelaten; bij diepe gaten wordt bij voorkeur een doorlopend gat ontworpen in plaats van een blind gat; voor holtes die per se gesloten moeten blijven, kan een sacrificial inspectiegat worden voorzien dat na de inspectie met een plug wordt afgedicht; voor complexe oppervlakken kan een meethulpvlak worden ontworpen, zodat de afmetingen van het oppervlak worden omgezet in meetbare kenmerken op een vlak.
Toepassing van GD&T in 3D-geprinte onderdelen
GD&T is een internationale norm om ontwerpintentie nauwkeurig uit te drukken en is bijzonder belangrijk voor 3D-geprinte onderdelen. Traditionele tolerantienotaties kunnen niet volledig de assemblage- en functionele eisen van complexe geometrieën weergeven, terwijl GD&T door het definiëren van referenties, de vorm van tolerantiezones en posities een preciezere taal voor technische communicatie biedt. In 3D-geprinte onderdelen moeten met name de volgende GD&T-symbolen worden toegepast: vlakheid en rechtheid om de vlakke kwaliteit die door het printplatform wordt beïnvloed te beheersen; rondheid en cilindriciteit om de nauwkeurigheid van roterende kenmerken te beheersen; positietolerantie om de onderlinge positie van gatenpatronen en montagekenmerken te beheersen; profiel van een lijn en profiel van een oppervlak om de vormnauwkeurigheid van vrije oppervlakken te beheersen. Bij het aangeven van GD&T moet het referentiesysteem expliciet worden gedefinieerd, anders verliest de tolerantie-aanduiding haar referentiekader.
Ontwerp en keuze van het inspectieplan
Verschillende 3D-geprinte onderdelen vereisen verschillende inspectieplannen. Voor onderdelen met eenvoudige geometrie is contactmeting met een CMM al voldoende; voor onderdelen met vrije-vormoppervlakken zijn optische scanning of een lasertracker geschikter; voor inspectie van interne defecten is industriële CT de beste keuze; voor onderdelen in serieproductie kan een speciaal meetgereedschap worden overwogen om de inspectie-efficiëntie te verhogen. Als in de ontwerpfase al wordt bepaald welk inspectieplan wordt gebruikt, kan dat het ontwerp achteraf sturen en optimaliseren. Als bijvoorbeeld wordt gekozen voor optische scanning als belangrijkste inspectiemethode, moeten diepe uitsparingen met een hoge diepte-breedteverhouding worden vermeden; als CMM wordt gekozen, moet worden gezorgd voor voldoende benaderingsruimte voor de tastsonde nabij het te meten kenmerk. Voor kritieke onderdelen die 100% eindcontrole vereisen, moet bij het ontwerp rekening worden gehouden met de haalbaarheid van geautomatiseerde inspectie.
Volledige digitalisering van ontwerp tot inspectie
Moderne kwaliteitsmanagementsystemen ondersteunen een volledig gedigitaliseerd proces van ontwerp tot inspectie. Door GD&T en inspectie-eisen rechtstreeks in het CAD-model te annoteren, kunnen automatisch inspectieprogramma's worden gegenereerd en ontstaat een efficiënt proces van ontwerp-is-inspectie. Digitale inspectieregistraties kunnen ook worden gekoppeld aan de procesparameters van het 3D-printen om een keten van kwaliteits- en traceerbaarheidsgegevens op te bouwen. De belangrijkste stappen voor de implementatie van volledige digitalisering zijn het annoteren van GD&T en inspectievereisten rechtstreeks in de CAD-sof
Dien een model, tekening, afbeelding of schriftelijke notities in. Ingenieurs beoordelen materiaal, proces, afwerking en levering op basis van daadwerkelijk gebruik.