Chứng nhận quy trình in 3D và kiểm soát chất lượng cho các bộ phận nhẹ trong ngành hàng không vũ trụ

Đặc điểm ứng dụng in 3D hàng không

Hàng không vũ trụ là lĩnh vực có giá trị và thách thức nhất đối với việc ứng dụng công nghệ in 3D. Các bộ phận của máy bay cực kỳ nhạy cảm với trọng lượng và thiết kế gọn nhẹ là mục tiêu theo đuổi lâu dài. Các quy trình sản xuất truyền thống bị hạn chế bởi đường chạy dao và hình dạng khuôn, gây khó khăn cho việc chế tạo các cấu trúc phức tạp. Công nghệ in 3D vượt qua những hạn chế của quy trình truyền thống và có thể hiện thực hóa việc sản xuất các khái niệm thiết kế tiên tiến như tối ưu hóa cấu trúc liên kết, cấu trúc mạng và thiết kế tích hợp. Các bộ phận hàng không vũ trụ có yêu cầu cực kỳ cao về hiệu suất vật liệu, độ chính xác trong sản xuất và độ ổn định chất lượng, và bất kỳ sai sót nào cũng có thể dẫn đến hậu quả thảm khốc. Vì vậy, lĩnh vực hàng không vũ trụ đã thiết lập hệ thống chứng nhận quy trình và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt cho công nghệ in 3D.

Hệ thống truy xuất nguồn gốc và chứng nhận vật liệu

Vật liệu in 3D được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ yêu cầu chứng nhận vật liệu nghiêm ngặt. Đầu tiên là kiểm tra hiệu suất vật liệu, bao gồm phân tích thành phần hóa học, kiểm tra tính chất cơ học (độ bền kéo, độ nén, uốn, va đập, độ mỏi, v.v.) và kiểm tra tính chất vật lý (mật độ, độ cứng, độ dẫn điện, v.v.). Bước thứ hai là xác minh khả năng ứng dụng quy trình, xác minh hiệu suất in và hiệu suất bộ phận của vật liệu theo các thông số quy trình mục tiêu. Thứ ba là xác minh tính nhất quán của lô để đảm bảo hiệu suất vật liệu của các lô khác nhau được ổn định. Hệ thống truy xuất nguồn gốc nguyên liệu yêu cầu mỗi lô nguyên liệu có một mã nhận dạng duy nhất và toàn bộ quy trình từ thu mua nguyên liệu thô, lưu kho, sử dụng đến sản xuất các bộ phận đều có thể truy nguyên được. Lưu trữ vật liệu đòi hỏi các điều kiện môi trường được kiểm soát để ngăn chặn sự xuống cấp hoặc ô nhiễm vật liệu. Việc tái chế vật liệu cũng cần được kiểm soát chặt chẽ, đồng thời phải thiết lập giới hạn sử dụng và cơ chế giám sát hiệu suất.

Quy trình chứng nhận thông số quy trình

Chứng nhận thông số quy trình in 3D là chìa khóa để đảm bảo chất lượng bộ phận ổn định. Quá trình xác định chất lượng thường bao gồm: phát triển tham số, xác định cửa sổ tham số quy trình tối ưu thông qua thiết kế thí nghiệm (DOE). Khóa tham số xác định phạm vi tham số chứng nhận và mọi thay đổi đều yêu cầu chứng nhận lại. Sản xuất thử bộ phận, in một số bộ phận dùng thử nhất định theo thông số được chứng nhận. Kiểm tra hiệu suất: tiến hành kiểm tra hiệu suất toàn diện trên các bộ phận nguyên mẫu, bao gồm kích thước, mật độ, tính chất cơ học, kiểm tra không phá hủy, v.v. Kiểm soát quy trình thống kê (SPC) thiết lập các chỉ số đánh giá khả năng xử lý để đảm bảo độ ổn định của quy trình. Chứng nhận quy trình phải được thực hiện theo các yêu cầu của hệ thống quản lý chất lượng hàng không vũ trụ như AS9100 và các tài liệu chứng nhận phải được gửi cho khách hàng hoặc cơ quan quản lý để xem xét và phê duyệt. Mọi thay đổi về thông số sau khi được chứng nhận đều phải tuân theo quy trình kiểm soát thay đổi.

Thử nghiệm chất lượng và thử nghiệm không phá hủy

Thử nghiệm chất lượng của các bộ phận in 3D hàng không vũ trụ bao gồm thử nghiệm phá hủy và thử nghiệm không phá hủy. Thử nghiệm phá hủy được sử dụng để chứng nhận quy trình và kiểm tra lấy mẫu hàng loạt, bao gồm thử nghiệm đặc tính cơ học, phân tích kim loại, phân tích thành phần hóa học, v.v. Thử nghiệm không phá hủy là hạng mục bắt buộc phải kiểm tra đối với mọi sản phẩm trong sản xuất hàng loạt. Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm: CT công nghiệp để phát hiện các lỗ bên trong, vết nứt, tạp chất và các khuyết tật khác. Kiểm tra siêu âm để phát hiện các khuyết tật bên trong diện rộng. Kiểm tra thâm nhập để phát hiện khuyết tật mở bề mặt. Kiểm tra bằng tia X phát hiện các khuyết tật bên trong ở các bộ phận cụ thể. Kiểm tra kích thước, sử dụng máy đo tọa độ hoặc máy quét quang học để đo kích thước bộ phận. Kết quả kiểm tra cần được đối chiếu với tiêu chuẩn nghiệm thu, sản phẩm không đạt tiêu chuẩn cần được xem xét, xử lý.

Phê duyệt thiết kế và chứng nhận đủ điều kiện bay

Các bộ phận hàng không phải được chứng nhận đủ điều kiện bay trước khi được lắp đặt và sử dụng. Phê duyệt thiết kế yêu cầu nộp bản vẽ thiết kế các bộ phận, thông số kỹ thuật vật liệu, quy trình xử lý, báo cáo thử nghiệm và các tài liệu khác để chứng minh rằng thiết kế đáp ứng các yêu cầu về khả năng bay. Phê duyệt sản xuất yêu cầu bằng chứng rằng khả năng sản xuất có thể tạo ra các bộ phận đáp ứng thiết kế một cách ổn định. Chứng nhận đủ điều kiện bay của bộ phận là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ giữa người nộp đơn và cơ quan có thẩm quyền về khả năng đủ điều kiện bay. Là một công nghệ sản xuất mới nổi, in 3D có kinh nghiệm tương đối hạn chế về chứng nhận đủ điều kiện bay và cần phải tích lũy nhiều trường hợp ứng dụng và dữ liệu hơn. Nên liên hệ với cơ quan có thẩm quyền về khả năng đủ điều kiện bay trong giai đoạn đầu của dự án để làm rõ các yêu cầu và lộ trình chứng nhận nhằm tránh phải làm lại sau này.