Стандарти за адитивното производство

Bъзможността за създаване на триизмерни твърди обекти от цифров файл в последно време сериозно трансформира редица промишлени сектори, медицината, образованието. Но 3D принтирането, или т. нар. адитивно производство, трябва да следва определени стандарти за създаване на качествен продукт.

На този етап повечето големи компании, които работят с технологии за адитивно производство на детайли за крайни потребители, трябва сами да изготвят производствените си материали и указанията за преработка. Освен това повечето развойни инструменти не отчитат всички предимства и недостатъци на триизмерния печат, което продиктува нуждата от конкретни стандарти за тази област.

Създаването на тези стандарти обаче идва по-късно от първоначалното имплементиране и по-широка употреба на технологията за адитивно производство и бързо прототипиране. Първоначално доставчиците самоопределяха успеха си на база съвсем различни фактори, поради което се налагаше сравнение на качество между на практика коренно различни продукти.

Едно от най-сериозните въздействия от положените усилия за стандартизация е все по-голямата готовност за употреба на разнообразни технологии за 3D печат, включително лазерно синтероване, FDM (fused deposition modeling), директното метално лазерно синтероване (DMLS) и др. Наличието на общи стандарти позволява на инженерите да създават проекти на база познати параметри, както и да имат известна сигурност в изпълнението и производствения процес.

Стандартизираните практики за адитивно производство са важен фактор за постигането на съответствие между различните организации и отрасли, които работят с технологията. Един от основните проблеми например е неяснотата в терминологията. Така изразът “адитивно производство” (от англ. “additive manufacturing”) често е взаимнозаменяем с “добавъчно производство”, “добавъчни процеси”, “адитивно производство чрез наслояване”, “производство чрез наслояване”, “производство на твърди свободни форми” и др.

Терминологията се разглежда подробно в стандарта БДС EN ISO/ASTM 52900:2015 “Добавъчно производство. Общи принципи. Терминология”. В същия стандарт самата производствена технология се определя като “свързване на материали за създаване на отделни части, взимайки данни на триизмерен модел, обикновено слой по слой”.

Освен определения на общите принципи за адитивно производство, които обхваща БДС EN ISO/ASTM 52900:2015, терминологията за изпитване на системи, които се използват за 3D печат в адитивните производствени процеси, се разглежда от стандарта БДС EN ISO/ASTM 52921:2013 Стандартна терминология за добавъчно производство. Координатни системи и методологии за изпитване.

Общи принципи на адитивното производство
Общите принципи на адитивното производство са описани в стандарта БДС EN ISO 17296, който се състои от няколко части. Една от тях представлява преглед на категории на процеси и захранващи материали с бележката, че самият стандарт не е и не може да бъде изчерпателен поради постоянното разработване на нови технологии. Дадено е обяснение какви материали се използват за различните категории на производствения процес и как точно се прилагат те за оформяне на краен продукт.

Друга част на същия стандарт засяга основните характеристики на адитивното производство и съответстващите методи за изпитване, като се прилага независимо от използвания процес на 3D принтиране. Обхванати са основните изисквания и подходящи процедури за изпитване на частите, като са отправени и препоръки за обхвата и съдържанието на споразумения за изпитване и доставка.

Стандартът е предназначен за производители на машини, доставчици на захранващи материали, доставчиците на части, както и клиентите, с цел улесняване предаването на основните качествени характеристики.

Последната част на стандарта се нарича “Преглед на обработка на данни” и се отнася за общите съображения, прилагани при обмена на данни в смисъла на адитивното производство. Определени са термини, които да улеснят обмена на информация за характеристиките на части, които трябва да бъдат произведени. Това включва и вида на файла, формата на включените данни и за какво могат да бъдат използвани те.

Стандартът подпомага определянето на подходящ формат за обмен на данни, описва съществуващите разработки за създаване на триизмерни форми чрез технологията, изброява и описва съществуващите файлови формати и като цяло улеснява разбирането на необходимите характеристики за обмен на данни.

Приложението му е насочено както към потребители, така и към производители, използващи процеси на адитивно производство или свързан с това софтуер. Той е подходящ за: софтуерни инженери, занимаващи се с CAD/CAM системи; специалисти по т.нар. обратен инженеринг; органи за изпитване и сравняване на изискваните и действителните геометрични размери.

Формат на файла за адитивното производство
Адитивното производство се различава от традиционното по това, че отнема много по-малко време и не е толкова трудоемко. При изготвянето му чертежът на крайния продукт се запаметява на цифров файл. БДС EN ISO/ASTM 52915:2016 Спецификация за формат на файла на добавъчно производство (AMF) Версия 1.1 установява подходящ формат на стандартния CAD файл – AMF (additive manufacturing file format) – за всички адитивни производствени процеси в който и да е промишлен отрасъл.

Той е предназначен да замени предишния стандартен формат STL, който не позволява управлението на различни цветове и текстури, използвани при адитивното производство. Новият формат е по-конкретен, но все пак позволява масовото персонализиране на по-ниска крайна цена, което е характерно за адитивното производство.

Стандарти за използваните материали
Адитивното производство позволява съставянето на многослойни материали от пластмаса, метал, бетон, а може би в бъдещето и дори човешки и биологични тъкани. Въпреки че вече успешно са принтирани човешко ухо и други органи с помощта на 3D печат, все още трябва да се извърви дълъг път, докато принтирането на човешки материал стане широко разпространено.

Понастоящем най-често използваните смеси за адитивно производство се определят от следните стандарти:
ASTM F2924:2014 Стандартна спецификация за адитивно производство с титаниева сплав. Този стандарт обхваща адитивното производство на компоненти от титаниева сплав с 6% алуминий и 4% ванадий (Ti-6Al-4V) чрез т.нар. “спояване на прахова основа” с електронен лъч или лазер. Спецификациите на компонентите и тяхната микроструктура са описани подробно заедно с механичните свойства, химичния състав и минималната издръжливост на опън, както и изходната суровина, използвана за създаване на компоненти от клас 1, 2 и 3.

ASTM F3049:2014 Стандартно ръководство за характеризиране на свойствата на метални прахове, използвани за адитивно производство. Стандартът описва техниките за характеризиране на метални прахове, които могат да бъдат полезни при адитивно производство с помощта на прахове – като спояване на прахова основа, binder jetting (използване на прахова основа и течно свързващо вещество), directed energy deposition (стопяване и оформяне на праховата основа паралелно с нанасянето й). Ръководството се позовава на други стандарти, които са подходящи за характеризиране на нови и използвани метални прахове.

ASTM F3055:2014a Стандартна спецификация за адитивно производство с никелова сплав UNS N07718. Стандартът обхваща адитивните производствени процеси чрез спояване на прахова основа от никелова сплав UNS N07718 – с електронен лъч или лазер. Тази сплав на никел и хром, съдържаща и известно количество желязо, ниобий и молибден, обикновено се използва за изграждане на компоненти, чийто механични свойства трябва да наподобяват тези на изделия, произведени чрез пластична деформация. Произведените според тази спецификация компоненти често се обработват на стругове, електроерозийни машини, полират се и т. н., за да се достигнат желаното качество на повърхността и точните размери.

ASTM F3056:2014e1 Стандартна спецификация за адитивно производство с никелова сплав UNS N06625. Тук са засегнати адитивно произведените компоненти чрез спояване на прахова основа от никелова сплав UNS N06625 с електронен лъч или лазер. UNS N06625 е сплав на никел, хром и молибден, която също се използва за производството на компоненти с определени механични свойства, наподобяващи ковани продукти. Тази сплав, както и UNS N07718, намира приложение в екстремни температурни условия като например реактивни двигатели.