Несомненно, есть много преимуществ, связанных с использованием аддитивного производства (АП) в качестве технологии производства. Во всех отраслях промышленности производители используют тот факт, что благодаря использованию AП они могут не только создавать сложные детали — в одном куске — которые ранее были невозможны, но они также могут создавать более прочные, легкие детали, снижать расход материалов и извлекать выгоду из консолидации сборочных компонентов в различных приложениях.
Эти преимущества были хорошо задокументированы в течение последних 10-20 лет, поскольку AП стала революционной технологией не только для прототипирования, но и для производства, и неизменно рассматривается как обеспечивающая аддитивное оборудование, которое создает детали. На самом деле, это частичная картина, особенно для серийных производственных применений AП. Аппаратные системы AП являются лишь одной частью — хотя и жизненно важной — обширной экосистемы технологий, которые позволяют AП, как до, так и после сборки.
Сегодня уникальное значение имеет роль постпроцессной метрологии для проверки целостности зданий AП. Одна из конкретных причин такой важности заключается в том, что многие детали, производимые AП, попадают в критически важные для безопасности приложения, где функциональность конечного использования имеет жизненно важное значение. Характер и относительная шероховатость поверхностей AП, будь то анализ отдельных слоев в сборке или поверхность готовой детали, делают обычные метрологические решения несколько бессильными. В этой статье я рассматриваю разработки, которые позволяют получить до сих пор недостижимые результаты метрологии, которые используются для расширения использования AП в качестве производственной технологии путем повышения эффективности протоколов валидации.
Метрология и аддитивное производство
Вопрос метрологии имеет решающее значение для успеха AП, поскольку он начинает зарекомендовать себя как настоящая технология производства.
Нет абсолютно никаких сомнений в том, что неадекватные метрологические решения, способные справиться с конкретной характеристикой производимой детали AП, являются огромным препятствием, которое необходимо преодолеть, если AП будет использоваться в качестве жизнеспособной производственной технологии во всей отрасли. В принципе, в сегодняшнем режиме отсутствует ясность в отношении точной природы дефектов, которые вы получаете при выполнении сборки AП, и вы также мало знаете, как они могут вызвать проблемы с точки зрения функциональности деталей. У нас нет достаточно подробной карты того, как топография дефектов и аномалий, которые вы получаете во время процесса AП, распространяется на деталь в сценарии конечного использования.
Представьте, что вы делаете лопатку турбины в процессе наслоения AП, и вы видите, что в топографии в слое 4 произошел всплеск. Этот слой будет со временем скрыт, поэтому его характеристики будут принципиально отличаться к тому времени, когда готовая деталь будет завершена, и на данный момент невозможно узнать — без ясности, которую обеспечивает хорошая метрология, — действительно ли всплеск все еще там, когда сборка завершена, и если да, то был ли он действительно значительным в первую очередь. По сути, мы работаем — но до сих пор не полностью решили — проблему понимания того, какие проблемы вы получаете на поверхности и под поверхностью при использовании AП, и как они связаны с функциональностью продукта. Поэтому трудно предсказать механические свойства, тепловые процессы, усталостные свойства и т. д. По типам структур, которые мы наблюдаем после процесса. Анализ дефектно-функционального может позволить нам перейти к контролируемому AП, просто остановив процесс, когда что-то пойдет не так, как сейчас мы тратим часы на создание детали, которая на самом деле может иметь проблему в первом слое.
Несмотря на эти проблемы, многие компании уже успешно используют передовые АП для производства критически важных деталей и компонентов, часто в аэрокосмических приложениях, где отказ деталей не является вариантом. Чтобы гарантировать, что эти детали, произведенные AП, полностью соответствуют проектным намерениям, поставщики деталей проводят гораздо больше механических испытаний и метрологической проверки, чем они обычно используют для обычных производственных процессов.
Обязательно производители вынуждены сосредотачиваться на разработке процессов и выбрасывать все возможные ресурсы валидации, чтобы «доказать» целостность готовой АП-детали. В качестве замены для более строгого подхода к неопределенности измерений при оценке целостности и функциональных характеристик деталей AП. Нынешнее решение — это то, что можно назвать «экстремальным тестированием».
Все винят в путанице отсутствие стандартов для измерения деталей AП, но это не то, на чем должно быть сосредоточено внимание. Вы не можете разработать стандарты, если у вас нет правильной измерительной технологии для начала. Стандарты, разрабатываемые без готового к использованию технологического решения, на самом деле хуже, чем отсутствие стандартов вообще. Вот почему поставщики метрологических приборов уделяют особое внимание адаптации метрологических решений, чтобы они лучше соответствовали уникальным характеристикам процесса AП и деталей конечного использования AП. Что касается стандартов, то сегодня наше внимание сосредоточено на создании, какие метрологические решения существуют сегодня, и как получить наилучшие результаты от них при применении к поверхностям AП, а также настроить прибор наилучшим образом для понимания данных.
Метрология
Таким образом, основное внимание в области метрологии для AП уделяется сокращению неэффективности времени и затрат, присущей сегодня использованию широкого спектра дублирующихся и часто неадекватных метрологических шагов для проверки того, что деталь конечного использования подходит для этой цели.
Для постпроцессной метрологии существует ряд альтернатив, включая конфокальные и фокусные вариации, а также когерентную сканирующую интерферометрию. Внедрив новые способы игры с оптическим источником света, условиями освещения, а также условия обнаружения, которые привели к достижению высококачественных результатов с чрезвычайно шероховатыми и сложными ПОВЕРХНОСТЯМИ AП.
Используя данные альтернативного поставщика решений, пришли к выводу, что интерферометрия принципиально не подходит для метрологии AП, потому что пример прибора не смог охватить большинство очень нерегулярных топографических особенностей.
Больше данных значительно повышает базовую чувствительность и обеспечивает работу с высоким динамическим диапазоном, что делает его ценным для широкого спектра деталей, от крутых гладких деталей до исключительно грубых текстур с плохой отражательной способностью. Сегодня основное внимание уделяется использованию технологии для проведения анализа текстур поверхности и попытки лучше понять ее связи с производственным процессом AП.