Стандартизация аддитивных технологий

Аддитивные технологии и 3D-печать – одно и то же. Существует несколько типов 3D-принтеров, но любой из них основан на технологии послойной печати заготовки или изделия. 

Изобрел аддитивные технологии американский инженер Чарльз Халл: в 1986 году он представил прообраз 3D-принтера. В 1995 году два студента Массачусетского технологического института переделали обычный принтер в средство для печати трехмерных предметов. 3D-печать всего за несколько лет стала очень востребованной технологией в промышленности. Космонавтика, оборонно-промышленный комплекс, транспортное машиностроение, медицина, прототипирование – аддитивные технологии захватили все.

Справка

В 2016 году Ведомство по патентам и товарным знакам США выдало 424 патента на разработки, связанные с 3D-принтерами и аддитивными технологиями. Это в три раза больше, чем в 2006 году, и в 20 раз больше, чем в 1996.

В 2016 году в США продали 13 тысяч промышленных 3D-принтеров и систем аддитивного производства – в два раза больше по сравнению с 2011 годом.

подробнее

Минус заключается в том, что стандартов в этой области практически нет.

Стандартизация 3D-печати в России

Инновации, по наблюдению экономистов, отличаются укороченным жизненным циклом. Процедура разработки стандартов, в которую вовлечен и госаппарат, не успевает за изменениями индустрии. Нет понятийного аппарата и требований, не описаны риски и связи с другими технологиями. Государство не знает, как регулировать процесс создания и обращения новой продукции, а бизнес вынужден рисковать, поскольку при отсутствии технической документации под вопросом оказывается воспроизводимость изделия и взаимозаменяемость его компонентов.

Впрочем, скорость разработки стандартов – лишь часть проблемы, поскольку даже вышедший стандарт может оказаться рамочным. Как заявил глава Росстандарта Алексей Абрамов: «Невостребованные промышленностью новые стандарты могут отрицательно влиять на внедрение инноваций».

Плохие стандарты появляются из-за нехватки экспертов, которых в новой отрасли по определению мало, и нежелания бизнеса принимать активное участие в работе по стандартизации

В 2015 году при Росстандарте создан технический комитет №182 «Аддитивные технологии». В его работе принимают участие 66 российских технологических компаний, в их числе Росатом, а также технические университеты, в том числе МГТУ имени Баумана. Сейчас комитет работает над проектами пяти новых стандартов в сфере 3D-технологий. 

Росстандарт поддерживает особую процедуру создания ПНСТ – предварительных национальных стандартов (предстандартов). Она представляет собой ускоренную процедуру разработки ГОСТов. По инициативе разработчика новой технологии Росстандарт может провести необходимые для официального утверждения процедуры всего за несколько месяцев. Получившийся документ еще не будет ГОСТом – это временный переходный документ в статусе ПНСТ, который, однако, можно использовать. 

Стоит сказать, что в 2017 году опубликовано два стандарта на аддитивные технологии:

• ГОСТ Р 57558–2017 ; 
• ГОСТ Р 57556–2017 . 

Перечисленные стандарты легализовали такие термины, как 3D-принтер, 3D-печать, 3D-сканирование, 3D-оцифровка, постобработка. Стоит отметить, что это первые ГОСТы на аддитивные технологии. Они представляют собой адаптированные переводы на русский язык принятых за рубежом документов. Например, ГОСТ Р 57558 – аналог американского ASTM 52900.

Справка

Аддитивное производство (АП) – процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем.

ЗD-печать – производство объектов путем послойного нанесения материала печатающей головкой, соплом или с использованием иной технологии печати.

Постобработка – придание изделию необходимых свойств: удаление структур поддержек и операция очистки.

Струйное нанесение связующего – процесс АП, в котором порошковые материалы соединяются выборочным нанесением жидкого связующего.

Прямой подвод энергии и материала – процесс АП, в котором энергия от внешнего источника используется для соединения материалов путем их сплавления в процессе нанесения.

Струйное нанесение материала – процесс АП, в котором изготовление объекта осуществляют нанесением капель строительного материала.

Например, материалы, содержащие фотоотверждаемый полимер и воск.

подробнее

Ликбез по аддитивным технологиям

Любой 3D-принтер оснащен мощной управляющей программой на основе специализированного программного обеспечения (ПО). ПО, получая на входе модель изделия в одном из стандартных описаний, на выходе выдает его послойное изображение и формирует программу печати, соответствующую характеристикам конкретного принтера и его технологическим возможностям.

Программа печати должна полностью соответствовать задаче, которую ставит оператор. Кроме того, ПО должно воспринимать различные форматы ввода данных и предоставлять оператору простую возможность редактирования. При работе с 3D-принтером используют в основном стандартные языки описания форм изделий:

• STL – применяется для хранения трехмерных моделей объектов для использования в аддитивных технологиях;
• X3D – язык закреплен в одном из стандартов ИСО и предназначен для работы с трехмерной графикой: определяет координатное пространство для всех объектов в файле;
• VRML – необходим для демонстрации трехмерной интерактивной векторной графики.

Стандартизация 3D-печати в мире

Центром разработки стандартов на 3D-печать за рубежом является ASTM, опубликовавший свыше 10 документов. За эту работу отвечает технический комитет F42, включающий 600 экспертов из 25 стран. ASTM теснейшим образом сотрудничает с ИСО . Например, в настоящее время организации совместно разрабатывают стандарт на свойства пластика, который используется при аддитивном производстве – ИСО/ASTM CD 52903–2. В общей сложности в работе находится более 10 документов ИСО. Среди уже утвержденных – стандарты, устанавливающие правила калибровки, общие понятия и определения аддитивных технологий и т. д.

В феврале 2017 года Американская ассоциация специалистов по 3D- печати (AMSC) опубликовала дорожную карту по разработке стандартов в этой сфере. В документе собраны все аспекты проектирования, разработки, хранения и реализации аддитивных технологий, которые пока не обеспечены стандартами.

Одна из приоритетных областей аддитивного производства, нуждающаяся в выработке правил игры, – сборка. В данной сфере необходимы стандарты:

• на текучесть (flowability), растекаемость материалов (spreadability) и их структуру (morphology);
• на автоматизацию производственного процесса и автоматическую калибровку;
• на обращение с напечатанной на 3D-принтере деталью сразу после производственного процесса – чистовую отделку поверхностей (surface finishing).

Требуются стандарты на неразрушающие методы контроля изделий, созданных на 3D-принтере. AMSC также констатирует необходимость разработки гармонизированных сертификационных требований, распределенных по отраслям. Есть потребность в новых стандартах по квалификации сотрудников, которые обслуживают процесс 3D-печати. Нормативные документы нужны и в области:

• совместимости программного обеспечения, обслуживающего принтеры;
• циркуляции внутренней информации о техническом задании на изделие в процессе аддитивного производства. 

AMSC также указывает на необходимость переработки стандарта ИСО 8887-1:2017.

Проблемы подтверждения соответствия

В связи с отсутствием стандартов и технических требований к изделиям, изготовленным на 3D-принтерах, производители вынуждены подтверждать соответствие существующим стандартам на материалы и отдельные компоненты. Это же касается и отраслевых стандартов на системы менеджмента компаний-производителей аддитивных технологий. 

Отсутствие стандартов сдерживает развитие отрасли аддитивных технологий

Они необходимы для повышения качества изделий и удешевления производства. 
3D-печать сталкивается с гораздо большим числом вызовов в сфере качества, нежели традиционная промышленность, так как с помощью 3D-принтера можно изготавливать формы, по сложности близкие к органическим (негеометрические формы). Наличие четких требований к готовому изделию определяет удовлетворенность потребителя и, в конечном счете, успех производства.