Xây dựng hệ thống tuân thủ trong chuỗi cung ứng hàng không vũ trụ của in 3D

Những yêu cầu đặc thù của ngành hàng không vũ trụ đối với in 3D

Ngành hàng không vũ trụ là một trong những lĩnh vực ứng dụng công nghệ in 3D sớm nhất và có yêu cầu khắt khe nhất. Việc theo đuổi mức độ an toàn và độ tin cậy ở mức tối đa khiến ngưỡng gia nhập chuỗi cung ứng này trở nên rất cao. Hệ thống quản lý chất lượng AS9100, chứng nhận quy trình đặc biệt NADCAP, chứng nhận đủ điều kiện bay và hàng loạt yêu cầu tuân thủ khác tạo thành “bức tường” gia nhập mà các doanh nghiệp dịch vụ in 3D buộc phải vượt qua. Hậu quả khi chi tiết hàng không vũ trụ bị hỏng thường mang tính thảm khốc, vì vậy yêu cầu về độ tin cậy của quy trình chế tạo cao hơn rất nhiều so với lĩnh vực công nghiệp thông thường. Lấy in 3D kim loại làm ví dụ, yêu cầu về độ rỗng của chi tiết hàng không thường thấp hơn 0,2%, thậm chí ở các vị trí then chốt còn đòi hỏi độ đặc hoàn toàn; việc kiểm tra khuyết tật bên trong phải sử dụng CT công nghiệp, với độ chính xác đủ để nhận diện các khuyết tật trên 50 micromet; mỗi lô chi tiết đều phải thực hiện thử nghiệm phá hủy để xác minh tính đồng nhất của tính chất cơ học.

Hệ thống chứng nhận vật liệu và quản lý bộ dữ liệu

Trong chuỗi cung ứng hàng không vũ trụ, chứng nhận vật liệu là bước đầu tiên. Vật liệu in 3D không thể chỉ cung cấp giấy chứng nhận hợp quy của nhà cung cấp mà còn phải vượt qua chứng nhận theo quy cách vật liệu của khách hàng hàng không vũ trụ. Chứng nhận vật liệu thường bao gồm phân tích thành phần hóa học, thử nghiệm tính chất cơ học, phân tích tổ chức vi mô và xác minh tính đồng nhất giữa các lô. Bộ dữ liệu vật liệu là đầu ra cốt lõi của chứng nhận vật liệu. Một bộ dữ liệu vật liệu hoàn chỉnh nên bao gồm bảng quy cách vật liệu, quy trình công nghệ, báo cáo thử nghiệm tính năng, đặc trưng tổ chức vi mô và dữ liệu kiểm soát quá trình thống kê. Đối với vật liệu bột kim loại, còn cần cung cấp dữ liệu lịch sử về phân bố kích thước hạt, độ cầu, hàm lượng oxy, tính chảy của bột và các chỉ tiêu liên quan khác. Việc xây dựng và duy trì bộ dữ liệu vật liệu là một công việc dài hạn, đòi hỏi tích lũy dữ liệu liên tục và quản lý tài liệu chặt chẽ.

Thẩm định quy trình và kiểm tra mẫu đầu tiên

Thẩm định quy trình là quá trình chứng minh rằng quy trình in có thể sản xuất ổn định các chi tiết đạt chuẩn. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, thẩm định quy trình thường tuân theo các giao thức rất nghiêm ngặt. Quá trình thẩm định bao gồm xác định cửa sổ thông số quy trình, tiến hành nghiên cứu năng lực quy trình, hoàn tất kiểm tra mẫu đầu tiên và thiết lập kế hoạch kiểm soát quy trình. Kiểm tra mẫu đầu tiên là khâu then chốt của thẩm định quy trình. Kiểm tra mẫu đầu tiên yêu cầu kiểm tra toàn bộ kích thước và xác nhận chức năng của chi tiết sản xuất đầu tiên, bảo đảm mọi yêu cầu thiết kế đều được đáp ứng. Báo cáo kiểm tra mẫu đầu tiên thường bao gồm dữ liệu kiểm tra toàn kích thước, kết quả thử nghiệm tính chất vật liệu, báo cáo kiểm tra không phá hủy và tuyên bố phù hợp. Sau khi kiểm tra mẫu đầu tiên được thông qua, tổ hợp thông số quy trình đó sẽ được khóa lại và sản xuất về sau phải tuân thủ nghiêm ngặt.

Hệ thống chất lượng: AS9100 và NADCAP

AS9100 là tiêu chuẩn hệ thống quản lý chất lượng hàng không vũ trụ dựa trên ISO 9001, bổ sung các yêu cầu đặc thù của ngành hàng không vũ trụ. Đạt chứng nhận AS9100 là điều kiện tiên quyết để gia nhập chuỗi cung ứng hàng không vũ trụ. Quá trình chứng nhận bao gồm xây dựng tài liệu hệ thống quản lý chất lượng, thực hiện đánh giá nội bộ, tiếp nhận đánh giá của tổ chức chứng nhận bên thứ ba và giám sát định kỳ liên tục. NADCAP là chương trình chứng nhận quy trình đặc biệt của ngành hàng không vũ trụ, bao phủ 18 lĩnh vực chuyên môn như xử lý nhiệt, kiểm tra không phá hủy, thử nghiệm vật liệu, lớp phủ, v.v. In 3D là một quy trình đặc biệt và chứng nhận NADCAP cho lĩnh vực này đang dần được xây dựng. Việc đạt chứng nhận NADCAP tuy khó và chi phí cao, nhưng cũng là con đường quan trọng để doanh nghiệp xây dựng lợi thế cạnh tranh khác biệt trong chuỗi cung ứng hàng không vũ trụ.

Chứng nhận đủ điều kiện bay và phê duyệt chi tiết

Chứng nhận đủ điều kiện bay là cửa ải cuối cùng để thương mại hóa chi tiết hàng không vũ trụ. Đối với các chi tiết in 3D, lộ trình chứng nhận đủ điều kiện bay thường bao gồm phê duyệt quy cách vật liệu, phê duyệt quy trình, phê duyệt chế tạo chi tiết và chứng chỉ kiểu bổ sung. Trọng tâm của phê duyệt chi tiết là chứng minh tính tương đương, tức là hiệu năng của chi tiết in 3D không thấp hơn chi tiết theo thiết kế gốc. Việc chứng minh tính tương đương thường cần lượng lớn dữ liệu thử nghiệm so sánh, bao gồm độ bền tĩnh, tính mỏi, khả năng thích ứng môi trường, v.v. Đối với các chi tiết kết cấu quan trọng, còn cần thử nghiệm kết cấu toàn kích thước để xác minh khả năng chịu tải cực hạn. Toàn bộ quá trình chứng nhận đủ điều kiện bay có thể kéo dài 1-3 năm và tiêu tốn hàng triệu USD. Tuy nhiên, một khi được phê duyệt, chi tiết sẽ có các đơn hàng ổn định dài hạn và tỷ suất hoàn vốn rất đáng kể.

Quản lý truy xuất nguồn gốc và hệ thống tài liệu

Ngành hàng không vũ trụ đặt ra yêu cầu cực cao về khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm. Mỗi chi tiết đều phải có thể truy ngược đến lô vật liệu gốc, thiết bị sản xuất, thông số quy trình, người vận hành, kết quả kiểm tra và hồ sơ bàn giao. Chuỗi truy xuất hoàn chỉnh có thể giúp nhanh chóng xác định nguyên nhân gốc rễ khi chi tiết phát sinh vấn đề và áp dụng biện pháp khắc phục. Hệ thống tài liệu là nền tảng của quản lý truy xuất nguồn gốc. Số lượng tài liệu do dự án hàng không vũ trụ tạo ra nhiều hơn so với các dự án công nghiệp thông thường