За последние несколько десятилетий аддитивное производство (AM)/3D-печать коренным образом изменило подход производителей к разработке продуктов. В настоящее время в отрасли почти повсеместно используется термин «быстрое прототипирование», использующий AM для преобразования данных 3D CAD в физические модели за считанные часы.
Роль AM в прототипировании стала неотъемлемой частью всех отраслей промышленности. Её роль растет, а вместе с ней растет и потребность в улучшенной метрологии.
Детали производства AM.
AM обеспечивает параллельное проектирование, когда все соответствующие отделы могут быть вовлечены в процесс разработки продукта на ранних стадиях. Параллельное проектирование заменяет традиционную разработку продукта «за стеной», когда итерации проектирования могут быть отложены на недели, чтобы учесть соображения, связанные с инструментами и механической обработкой. Преимущества заключаются в резком сокращении времени выхода на рынок и экономии затрат на разработку продукта.
В то время как быстрое прототипирование вело дискуссию в течение почти трех десятилетий, сейчас разговор среди производителей сводится к наиболее разумному использованию аддитивного производства для производства, а также его преимуществам. Многие из этих барьеров связаны с прецизионным контролем качества деталей аддитивного производства, которые бросают вызов традиционным методам метрологии поверхности.
Производственные приложения требуют большей точности, чем приложения для быстрого прототипирования. Если деталь AM является неотъемлемой частью критически важного для безопасности аэрокосмического или медицинского применения, важно достичь целевых показателей допуска по размерам и материалам в соответствии с проектным замыслом. Именно здесь так важна роль метрологии в подтверждении качества готовых деталей.
Реакция промышленности
Устаревшие производственные процессы для металлов и пластмасс установили методы контроля качества для проверки и измерения деталей. Производственные процессы понятны, как и наиболее важные требования к размерам и чистоте поверхности. AM, однако, делает именно то, что следует из названия — он производит детали слой за слоем «аддитивно», и это открывает множество уникальных проблем, которые могут повлиять на целостность готового продукта, а также уникальный набор характеристик поверхности, которые делают работа по измерению и проверке этого намного сложнее.
В поисках соответствующей метрологии, имеющей решающее значение для управления технологическим процессом, промышленность все еще пытается понять, что искать на поверхности и под поверхностью детали, произведенной методом аддитивного производства, и как это связано с функциональностью детали. Поверхности аддитивных деталей бросают вызов существующим измерениям топографии поверхности и не поддаются характеристике с использованием стандартизированных параметров текстуры из-за больших наклонов поверхности, пустот и следов сварки.
Стандартизация и прослеживаемость
Способность аддитивного производства производить детали сложной геометрической формы, его роль в качестве средства массовой адаптации и потенциальная экономия времени и средств, связанная с его использованием, важны для будущего отрасли. Однако по сравнению с более привычными и устоявшимися методами производства технология AM является динамичной и быстро развивающейся, и новаторы в области технологий работают над преодолением барьеров на пути внедрения AM для производственных приложений, в том числе связанных со стандартами контроля качества.
Метрология после обработки
Измерения деталей аддитивного производства после обработки служат для проверки соответствия проектным замыслам и дают ключ к пониманию производственных проблем, оставленных поверхностными подписями. Однако уникальность процессов аддитивного производства и производимых деталей заставляет производителей использовать множество различных методов механической и метрологической проверки. Они применяют эмпирический подход, поскольку ни одному решению нельзя доверять в плане предоставления достаточно точных данных. Используется в качестве замены для более строгого подхода к погрешности измерений. Как следствие, детали аддитивного производства часто «перепроверяются» для повышения уверенности, но это означает дополнительное время и дополнительные затраты, области, которые необходимо решить, чтобы сделать аддитивное производство более жизнеспособным.
Открытый вопрос заключается в том, как улучшить эту ситуацию для повышения эффективности при сохранении уверенности. Ответ заключается в том, чтобы поставщики метрологических решений адаптировали существующие метрологические технологии, чтобы лучше привести их в соответствие с уникальными характеристиками процесса АД и конечных частей АД, которые характеризуются неравномерной топографией поверхности с крутым уклоном, которую многие измерительные технологии не могут уловить.
«Больше данных» значительно улучшает базовую чувствительность CSI и обеспечивает работу в расширенном динамическом диапазоне (HDR), что делает его полезным для широкого спектра деталей, от крутых гладких деталей до исключительно шероховатых текстур с плохой отражательной способностью. Кроме того, HDR измеряет детали с широким диапазоном отражательной способности, что часто является проблемой для других инструментов, использующих интерферометрию в качестве принципа измерения.
Резюме
Теперь, когда аддитивное производство является устоявшейся технологией производства для определенных приложений, существуют препятствия для массового внедрения, которые устраняются, в том числе потребность в технологиях метрологии в процессе и после процесса, которые могут подтверждать качество и точность производимых деталей.
Детали AM обладают уникальным набором характеристик, которые делают традиционные измерительные технологии бессильными в некоторых ситуациях, и сегодня разрабатываются инновационные метрологические технологии, которые могут эффективно и экономично предоставлять значимые данные измерений. Только когда такие проблемы будут решены, использование AM станет основным в качестве жизнеспособной производственной технологии во множестве секторов промышленности.