Produzione

Durante il processo di costruzione AM, il software Assure di Velo3D tiene traccia di una convalida strato per strato dell'atmosfera, dei materiali di consumo e dello stato del letto di polvere per garantire la qualità delle parti. Immagine gentilmente concessa da Velo3D.

Come nel caso delle costruzioni di produzione additiva su scala di produzione, un punto critico è la consistenza e la qualità delle parti stampate in 3D, in particolare per i settori altamente regolamentati come quello aerospaziale e della difesa. Tuttavia, i progressi nei sistemi di monitoraggio hardware e nel software di controllo dei processi, insieme alle innovazioni emergenti nell’intelligenza artificiale (AI) e nel monitoraggio in situ, stanno iniziando a mitigare gli ostacoli persistenti legati alla qualità, aprendo la strada a un’adozione più diffusa della produzione additiva (AM).

Il controllo di qualità è un problema con ogni metodo di produzione, ma l’AM ha preoccupazioni diverse e più impegnative. A differenza di un processo di produzione tradizionale come la fresatura a controllo numerico computerizzato (CNC), in cui il materiale rimane omogeneo ovunque, la produzione additiva crea simultaneamente parti e materiali. Pertanto, le parti realizzate con metodi di produzione tradizionali vengono prodotte con livelli di coerenza maggiori una volta stabiliti e verificati determinati standard dei materiali. In confronto, l’AM è più suscettibile alla variabilità delle parti e dei materiali data la duplice funzione della tiratura.

"Con l'AM, puoi testare una geometria e ottenere determinati parametri del materiale, quindi stampare correttamente una parte diversa e ottenere proprietà del materiale diverse", afferma Niall O'Dowd, fondatore e CEO di Phase3D, che commercializza una soluzione di ispezione in tempo reale per la qualità controllo delle parti stampate in 3D. "Il diverso orientamento delle parti in una camera di costruzione, la stampa in luoghi fisici diversi, persino persone diverse che orchestrano un lavoro di stampa: queste variabili entrano nelle proprietà dei materiali e nelle prestazioni delle parti in modi complessi e non ben compresi in tutto il settore."

La mancanza di standard di qualità di stampa 3D universalmente riconosciuti, insieme a un pool ristretto di esperti adeguatamente formati nelle pratiche di garanzia della qualità per le tecnologie AM ancora relativamente nascenti, hanno aggravato il problema e continuano a rappresentare un freno all’adozione dell’AM su scala di produzione. Con la maturazione dell’AM, nuove funzionalità stanno risolvendo alcuni dei problemi di garanzia della qualità (QA), ma la maggior parte dei sistemi attuali deve ancora essere progettata con un livello di controllo e convalida dei processi che si presti a un controllo di qualità formale e standardizzato, dicono gli esperti.

La mancanza di standard concordati impone ai primi utilizzatori delle tecnologie AM in settori come quello aerospaziale, automobilistico e dei dispositivi medici l’onere di creare propri sistemi e processi di gestione della qualità su misura. A dire il vero, le pratiche di QA personalizzate portano a termine il lavoro, ma non sono facilmente trasferibili tra collaboratori del settore e nemmeno all'interno di diversi dipartimenti e luoghi di produzione all'interno di una singola azienda.

Molte aziende si stanno orientando verso l’AM come metodo di produzione, in parte per realizzare una produzione più localizzata e per risolvere le sfide della catena di approvvigionamento emerse durante la pandemia. Ma stabilire e implementare pratiche di QA su misura è costoso e richiede tempo, il che in molti casi annulla i vantaggi della catena di fornitura dell’AM di produzione.

"L'intero scenario sta ostacolando l'adozione", afferma O'Dowd. “Le aziende hanno adottato la produzione additiva per affrontare i problemi della catena di fornitura e ottenere parti rapidamente, ma se devono dedicare un mese o più a testare una parte, ciò può davvero compromettere la tempistica”.

Le richieste di funzionalità di QA migliorate per le stampanti 3D stanno avendo risonanza, soprattutto tra i fornitori nel settore della produzione additiva in metallo e quelli con sistemi destinati ad applicazioni di produzione. Molti produttori di stampanti 3D stanno potenziando le proprie piattaforme con fotocamere integrate, tecnologie ottiche e algoritmi di visione artificiale per migliorare il controllo della stampante; altri stanno introducendo funzionalità di monitoraggio in situ, che monitorano i lavori di stampa strato per strato in tempo reale per rilevare anomalie e potenzialmente avviare azioni per evitare sprechi di materiali, tempo e costi.

Anche l’uso crescente di simulazioni più potenti nelle prime fasi della fase di progettazione sta guadagnando favore come modo per promuovere pratiche di progettazione per AM (DfAM) che migliorano la qualità delle parti. Allo stesso tempo, la gestione della qualità e le piattaforme software DfAM vengono continuamente migliorate per facilitare il rilevamento delle anomalie, pianificare build più efficaci e consentire controlli più granulari dell'hardware di stampa avanzato per ottimizzare i parametri di stampa.