Ключи к дизайну: детали, а не отпечатки

Ранее в этом году на мероприятии «Стратегии аддитивного производства» (AMS) в Нью-Йорке я участвовал в двух дискуссиях: «Новые сплавы и металлические материалы для AM» и «Модерирование будущего DED (осаждение направленной энергии) и WAAM (дуговая проволока). ЯВЛЯЮСЬ)."

Технологии имеют много общего. Во-первых, каждый из них требует, чтобы производитель аттестовал свои процессы перед серийным производством, а это означает, что они должны быть повторяемыми и надежными. В противном случае маловероятно, что бизнес будет коммерчески жизнеспособным. Сырье также должно быть единообразным; Несогласованность может привести к множеству проблем в дальнейшем, включая низкое качество деталей и головную боль для инженеров-технологов.

Я специально сказал «часть», а не «напечатать». Последнее — всего лишь форма и шаг в долгом и сложном процессе. Традиционные принципы производства делают упор на проектирование процесса. Однако для АМ проектирование должно охватывать весь процесс, начиная с материалов и печати, а также учитывать термическую обработку, механическую обработку, химическую постобработку, объемный и размерный контроль, а также механические испытания.

Для успешного внедрения любой технологии 3D-печати необходим баланс между технической и деловой стороной. Хотя надежное экономическое обоснование является хорошим началом, квалификация, основанная на плохом экономическом обосновании, приведет к нежелательным результатам. Процесс квалификации и технические требования должны учитывать экономическое обоснование, и в некоторых случаях может потребоваться оспорить каждое из них.

Нам также необходимо признать, что АМ все еще находится в зачаточном состоянии. Как инженер-материалист, я смотрю на доступное сырье и спрашиваю, как оно может поддержать более широкий рост. Будущий успех требует стабильного и доступного сырья. Что касается металлов, то они обычно представлены в виде порошков или проволоки. Благодаря многолетнему опыту сварки проволока, как правило, является высококачественной и легкодоступной. Порошки – это отдельная история.

Поскольку технология AM является относительно новой, создание отраслевых спецификаций является непростой задачей. Вот почему мы, как отрасль, должны поддерживать и продолжать методичную и постоянную разработку новых спецификаций. В то же время текущие спецификации должны постоянно оцениваться и пересматриваться по мере необходимости.

Например, в настоящее время у нас есть 16 утвержденных спецификаций AMS для металлического порошка. Но если учесть, что существует как минимум 50 алюминиевых сплавов и более 2000 утвержденных спецификаций AMS только для пруткового проката, становится ясно, что наша работа нам не по силам! Сплавы уже давно разрабатываются для конкретных процессов, и нет смысла продолжать использовать сплавы, изобретенные десятилетия назад, для традиционных производственных процессов, таких как горячая штамповка и литье. Сертификация AlSi10Mg при 3D-печати затруднена, поскольку у него нет обозначения Алюминиевой ассоциации, такого как 7075 или 6061, тогда как титан Ti-6Al-4V по-прежнему остается Ti-6Al-4V даже в форме порошка.

Суть проста: AM добьется успеха быстрее, если нам не придется одновременно внедрять инновации в материалах и процессах. Как только у нас появится надежный метод создания новых спецификаций процессов и материалов, разработка материалов, лучше подходящих для процесса AM, станет проще.

Кроме того, нужны новые методы производства металлических порошков, используемых в АП. Традиционный метод — распыление — является дорогостоящим и требует квалифицированной рабочей силы. Экономика распыления также ограничивает количество материалов, доступных в виде порошка. Большинство порошков сегодня производятся путем распыления воды, но их, как правило, невозможно использовать с АМ. Хуже того, заводы по производству АМ-порошков с использованием газового и плазменного распыления в ближайшем будущем выйдут на полную мощность; без их расширения рост AM будет ограничен.

Наконец, AM требует специальных навыков, и мировая рабочая сила еще не завоевала популярность. Инженеры все еще осваивают проектирование процессов литья, так как же можно ожидать, что они будут проектировать для AM? Как часто говорит Пол Градл, главный инженер НАСА, НАСА покупает детали с родословной, подчеркивая сквозной жизненный цикл. Это охватывает все аспекты проектирования: микроструктуру, геометрию, сырье, проверку, постобработку и сертификацию. Опять детали не печатает.