Uno sguardo approfondito alle strategie di qualificazione dei pezzi per la produzione additiva

10 MARZO 2023 | Tempo di lettura: 4 min

Comprendere le fasi di ottimizzazione di un'applicazione fabbricata tradizionalmente per la produzione additiva (AM) può essere complesso, ma gli esperti possono aiutare la vostra organizzazione guidandola attraverso il processo, compresa la qualificazione dei pezzi.

Che cos'è la qualificazione e perché è importante per i componenti AM?

L'assicurazione della qualità (qualificazione) è uno dei requisiti critici per le parti fabbricate in modo additivo che intendono sostituire componenti strutturali e macchinari qualificati. Il processo di qualifica si riferisce ai requisiti legati ai singoli pezzi, alle macchine, ai materiali e ai parametri di processo, basati sul rischio complessivo e messi in atto per garantire l'integrità di un'applicazione. Di conseguenza, la qualificazione può essere ottenuta dimostrando l'equivalenza statistica basata sul test di molti pezzi selezionati a caso su più build e lotti di polvere. La qualificazione dei pezzi sfrutta le prestazioni individuali di un singolo pezzo per un determinato materiale, indipendentemente dalla macchina su cui è stato costruito.

Le linee guida per la certificazione e l'accreditamento dei prodotti sono in vigore per le parti prodotte in modo convenzionale (ad esempio, fusione, forgiatura), mentre i componenti AM richiedono un insieme unico di regole e schemi di certificazione. Con solo una manciata di standard incentrati sull'ispezione e la certificazione dei prodotti AM, il rapido adattamento per qualificare le parti AM dipende dalla raccolta di prove sulla storia della lavorazione, sui risultati del processo e sulla valutazione del materiale di partenza, oltre che da altri sensori e dati di produzione. Gli enti normativi, i laboratori di ricerca e gli organismi di normazione pubblicano e aggiornano continuamente le linee guida tecniche per assistere nella certificazione e nella qualificazione delle parti AM, sulla base della ricerca e dell'esperienza che stiamo accumulando come industria. Vengono adottate diverse misure per garantire e dimostrare che i pezzi stampati soddisfano gli stessi requisiti di qualificazione e certificazione delle loro controparti convenzionali.

Quali sono le qualifiche di installazione, funzionamento e prestazioni?

La qualificazione delle parti AM può essere effettuata in molti modi. Sulla base di diverse metodologie, si possono individuare tre fasi di alto livello nel percorso verso la qualificazione.

1. Qualificazione dell'installazione (IQ) - la prima qualifica consiste nel raccogliere le prove che tutti gli aspetti critici dell'apparecchiatura di processo e del sistema ausiliario siano conformi alle specifiche dell'OEM. L'IQ comprende tipicamente due parti: i test di accettazione in fabbrica (FAT), solitamente eseguiti presso la sede dell'OEM prima della spedizione dell'hardware, e i test di accettazione in sito (SAT), eseguiti presso la sede del cliente durante l'installazione. Le build eseguite durante il FAT e il SAT sono generalmente identiche per dimostrare l'equivalenza delle prestazioni prima e dopo la spedizione dell'hardware. La procedura standard di EOS per l'IQ prevede l'esecuzione di lavori di test generici e/o personalizzati in base ai requisiti del cliente per FAT/SAT e l'esecuzione dei necessari controlli di sicurezza e test di conformità della macchina.

2. Qualificazione operativa (OQ) - questa qualifica consiste nello stabilire i controlli di processo necessari per mantenere stabili le prestazioni del materiale e dimostrare che i requisiti delle specifiche del materiale possono essere soddisfatti. Comporta anche la creazione di lavori di prova con coupon di prova statici e/o dinamici per dimostrare l'efficacia e la riproducibilità e per formare la base per la progettazione dell'applicazione. Questi lavori sono progettati tenendo conto dei requisiti dell'applicazione finale.

3. Qualificazione delle prestazioni (PQ) - si tratta di bloccare la progettazione specifica del pezzo, il layout del lavoro, gli input del processo e le fasi di post-elaborazione necessarie per ottenere pezzi stampati coerenti nel tempo. I risultati delle ispezioni/collaudi del primo articolo sono spesso essenziali per la richiesta dei requisiti di certificazione. In base al volume dei pezzi prodotti, i concetti possono essere estesi per calcolare le capacità del processo e implementare strategie di controllo statistico del processo per ottenere una maggiore robustezza.

Le sfide della qualificazione

La mancanza di chiarezza degli standard di qualificazione AM può essere una sfida, poiché le linee guida e le procedure raramente aiutano i clienti a impostare i loro protocolli di qualificazione. Ad esempio, più di una dozzina di standard per la qualificazione delle parti AM sono utilizzati per i settori aerospaziale, automobilistico e medico. Per contro, le linee guida per la qualificazione dei pezzi AM utilizzati nei semiconduttori o nell'industria petrolifera e del gas sono limitate e ancora in fase di sviluppo. Se non viene implementato correttamente, il processo di qualificazione potrebbe comportare un aumento dei tempi di inattività e dei costi di test e stampa, poiché ogni fase di qualificazione richiede risorse considerevoli. La creazione di piani di controllo per i materiali e i processi, la definizione di protocolli di qualificazione e la generazione di piani di test efficaci dal punto di vista dei costi che producano parti sicure e di alta qualità possono risultare difficili senza la guida di specialisti esperti in qualificazione AM.

Affrontare la qualificazione delle parti

La qualificazione è una fase impegnativa da affrontare sia per i clienti esperti che per quelli che iniziano il loro viaggio nella stampa 3D. Sebbene possa essere eseguita in modo indipendente, può causare ritardi nella produzione, certificazioni aggiuntive e aumentare il time to market per le organizzazioni con più standardizzazioni. L'unità di ingegneria applicata e formazione di EOS, nota come Additive Minds, dispone di specialisti dedicati a questa fase del processo AM. In qualità di ambasciatori della produzione additiva, la preparazione dei clienti e l'attenuazione delle sfide della qualificazione sono passi importanti per preparare le organizzazioni esterne a sfruttare al meglio la stampa 3D.

Maggiori informazioni sulla strategia di qualificazione di Additive Minds

La strategia di qualificazione di Additive Minds si basa sulla riduzione dei test ripetuti dei singoli componenti e sull'assistenza ai clienti per accelerare i tempi di qualificazione, incorporando le lezioni apprese negli ultimi tre decenni - eliminando l'esperienza di reinventare la ruota per i nostri clienti. Il team EOS si impegna con workshop personalizzati di analisi dei modi e degli effetti dei guasti di processo (PFMEA) e di analisi critica della qualità (CTQ), che forniscono informazioni vitali sulla preparazione dei clienti per la qualificazione. Additive Minds si avvale anche di strumenti digitali, come simulazioni di processo, robotica avanzata, intelligenza artificiale, apprendimento automatico, monitoraggio remoto e realtà aumentata e virtuale (AR/VR) con le stampanti EOS per supportare i clienti nello sviluppo di una solida piattaforma che consenta una transizione accelerata verso parti stampate qualificate.

Qualificazione futura

Nel settore AM, un pezzo qualificato significa prestazioni ripetibili, riproducibili, prevedibili e coerenti, con la capacità di scalare per la produzione di massa. Mentre le tecnologie AM continuano a maturare, l'enfasi per il prossimo decennio è sulla produzione di pezzi qualificati per diverse applicazioni in grandi quantità, che sono cruciali per l'adozione di questo metodo di produzione da parte delle industrie tradizionali.

Se siete interessati a discutere il processo delle strategie di qualificazione della vostra azienda, contattate il team di Additive Minds oggi stesso.