Una mirada en profundidad a las estrategias de cualificación de piezas de fabricación aditiva

10 DE MARZO DE 2023 | Tiempo de lectura: 4 min

Comprender los pasos para optimizar una aplicación de fabricación tradicional para la fabricación aditiva (AM) puede ser complejo, pero los expertos pueden ayudar guiando a su organización a través del proceso, incluida la cualificación de las piezas.

¿Qué es la cualificación y por qué es importante para las piezas AM?

El aseguramiento de la calidad (cualificación) es uno de los requisitos fundamentales de las piezas fabricadas de forma aditiva que pretenden sustituir a componentes estructurales y de maquinaria cualificados. El proceso de cualificación se refiere a los requisitos vinculados a piezas individuales, máquinas, materiales y parámetros de proceso en función del riesgo global, y se pone en marcha para garantizar la integridad de una aplicación. Como resultado, la cualificación puede lograrse demostrando una equivalencia estadística basada en pruebas de muchas piezas seleccionadas aleatoriamente en múltiples fabricaciones y lotes de polvo. La cualificación de piezas aprovecha el rendimiento individual de una pieza para un material determinado, independientemente de la máquina en la que se haya fabricado.

Existen directrices de certificación y acreditación de productos para las piezas fabricadas convencionalmente (por ejemplo, fundición, forja), mientras que los componentes de AM requieren un conjunto único de normas y esquemas de certificación. Con sólo un puñado de normas centradas en la inspección y certificación de productos de AM, la rápida adaptación para cualificar las piezas de AM depende de la recopilación de pruebas del historial de procesamiento, los resultados del proceso y la evaluación de la materia prima, entre otros datos de sensores y fabricación. Los organismos reguladores, los laboratorios de investigación y los organismos de normalización publican y actualizan continuamente directrices técnicas para ayudar a la certificación y cualificación de las piezas de AM basándose en la investigación y la experiencia que estamos forjando como industria. Se toman varias medidas para garantizar y demostrar que las piezas impresas cumplen los mismos requisitos de cualificación y certificación que sus homólogas convencionales.

¿Cuáles son las cualificaciones de instalación, funcionamiento y rendimiento?

La cualificación de las piezas de AM puede hacerse de muchas maneras. Basándose en diferentes metodologías, se pueden extraer tres fases de alto nivel en el camino hacia la cualificación.

1. Cualificación de la instalación (IQ): la primera cualificación consiste en reunir pruebas de que todos los aspectos críticos del equipo de proceso y el sistema auxiliar cumplen las especificaciones del OEM. La IQ suele constar de dos partes: la prueba de aceptación en fábrica (FAT), que suele realizarse en las instalaciones del OEM antes de enviar el hardware, y la prueba de aceptación in situ (SAT), que se realiza en las instalaciones del cliente durante la instalación. Las construcciones realizadas durante las FAT y SAT suelen ser idénticas para demostrar la equivalencia de rendimiento antes y después del envío del hardware. El procedimiento estándar de EOS para IQ implica ejecutar trabajos de prueba genéricos y/o personalizados basados en los requisitos del cliente para FAT/SAT y realizar las comprobaciones de seguridad y pruebas de conformidad de la máquina necesarias.

2. Cualificación operativa (OQ): en esta cualificación se establecen los controles de proceso necesarios para mantener un rendimiento estable del material y demostrar que los requisitos de especificación del material pueden cumplirse satisfactoriamente. También implica la creación de trabajos de prueba con cupones de prueba estáticos y/o dinámicos para demostrar la eficacia y la reproducibilidad y formar la base para el diseño de la aplicación. Estos trabajos se diseñan teniendo en cuenta los requisitos de la aplicación final.

3. Cualificación del rendimiento (PQ): consiste en bloquear el diseño específico de la pieza, la disposición del trabajo, las entradas del proceso y los pasos de postprocesamiento necesarios para obtener piezas impresas consistentes a lo largo del tiempo. Los resultados de la inspección/pruebas del primer artículo suelen ser esenciales a la hora de solicitar los requisitos de certificación. En función del volumen de piezas de producción, los conceptos pueden ampliarse para calcular las capacidades del proceso y aplicar estrategias de control estadístico del proceso para lograr una mayor robustez.

Los retos de la cualificación

La falta de claridad de las normas de cualificación de AM puede ser un reto, ya que las directrices y procedimientos rara vez ayudan a los clientes a establecer sus protocolos de cualificación. Por ejemplo, hay más de una docena de normas de cualificación de piezas de AM para los sectores aeroespacial, automovilístico y médico. En cambio, las directrices para la cualificación de piezas de AM utilizadas en las industrias de semiconductores o petróleo y gas son limitadas y aún están en fase de desarrollo. Si no se aplica correctamente, el proceso de cualificación puede acarrear mayores tiempos de inactividad y costes añadidos de pruebas e impresión, ya que cada fase de cualificación exige recursos considerables. La creación de planes de control para materiales y procesos, la definición de protocolos de cualificación y la generación de planes de pruebas rentables que produzcan piezas seguras y de alta calidad pueden ser todo un reto si no se cuenta con la orientación de especialistas experimentados en cualificación de AM.

Calificación de las piezas

La cualificación es un paso difícil de abordar tanto para los clientes experimentados como para los que comienzan su andadura en la impresión 3D. Aunque puede realizarse de forma independiente, puede causar retrasos en la producción, certificaciones adicionales y aumentar el tiempo de comercialización para las organizaciones con múltiples estandarizaciones. La unidad de ingeniería aplicada y formación de EOS, conocida como Additive Minds, cuenta con especialistas dedicados a este paso del proceso de AM. Como embajadores de la fabricación aditiva, preparar a los clientes y mitigar los retos de la cualificación son pasos importantes en la preparación de organizaciones externas para aprovechar al máximo la impresión 3D.

Más información sobre la estrategia de cualificación de Additive Minds

La estrategia de cualificación de Additive Minds se basa en reducir las pruebas repetidas de componentes individuales y ayudar a los clientes a acelerar los plazos de cualificación mediante la incorporación de las lecciones aprendidas en las últimas tres décadas, eliminando la experiencia de reinventar la rueda para nuestros clientes. El equipo de EOS se compromete con talleres personalizados de análisis modal de fallos y efectos del proceso (PFMEA, por sus siglas en inglés), críticos para la calidad (CTQ, por sus siglas en inglés), que proporcionan información vital sobre la preparación de los clientes para la cualificación. Additive Minds también infunde el uso de herramientas digitales, como simulaciones de procesos, robótica avanzada, inteligencia artificial, aprendizaje automático, supervisión remota y realidad aumentada y realidad virtual (AR/VR) con las impresoras EOS para ayudar a los clientes a desarrollar una plataforma sólida que permita la transición acelerada a piezas impresas cualificadas.

Cualificación en el futuro

En la industria de la AM, una pieza cualificada significa un rendimiento repetible, reproducible, predecible y constante de la pieza con la capacidad de escalar para la producción en masa. Mientras las tecnologías de AM siguen madurando, en la próxima década se hará hincapié en la producción de piezas cualificadas para diversas aplicaciones en grandes cantidades, que son cruciales para que este método de fabricación sea ampliamente adoptado por las industrias tradicionales.

Si está interesado en hablar sobre el proceso de estrategias de cualificación de su organización, póngase en contacto con el equipo de Additive Minds hoy mismo.