Standaarden voor 3D-printen (2020 Update): Huidig landschap en de weg vooruit

Standaardisatie is de fundament van elke volwassen industrie. Voor de snel evoluerende wereld van additieve productie is het geen luxe maar een noodzaak.

Volgens een recent EY-onderzoek plannen 46% van bedrijven 3D-printen voor eindonderdeelproductie te gebruiken tegen 2022. Naarmate de technologie schuift van prototyping naar productie, is de urgentie voor gemeenschappelijke standaarden nog nooit zo hoog geweest.

De waarde van standaardisatie voor 3D-printen

Standaarden – best practices, regulaties en benchmarks – creëren een gedeelde fundering die bredere adoptie bevordert en consistente kwaliteit garandeert. In additieve productie spelen ze een dubbele rol:

• Consistentie. Additieve processen omvatten een complex web van variabelen – grondstoffen, ontwerpoptimalisatie en machineparameters – elk vereisend rigoureuze controle. Standaarden definiëren de parameters voor elke fase, wat bedrijven in staat stelt hun output te vergelijken tegen objectieve criteria en dure trial-and-error cycli te elimineren.
• Regelgevingscompliance. Industrieën als medisch, automotive, luchtvaart en defensie vereisen strikte certificering. Omdat AM-onderdelen eigenschappen kunnen vertonen die verschillen van traditioneel geproduceerde onderdelen, zijn duidelijke kwalificaties- en certificeringsrichtlijnen essentieel voor regelgevingsgoedkeuring.

Huidige uitdagingen in het standaardiseren van additieve productie

Terwijl diverse standaarden bestaan, blijven veel cruciale in ontwikkeling. Belangrijke gaten omvatten:

• Materialen. Metalen AM-materialen domineren luchtvaart- en medische markten, doch gestandaardiseerde mechanische data voor deze poeders is schaars. Bestaande conventionele materiaalstandaarden kunnen niet altijd direct overgedragen worden omdat AM-onderdelen anders kunnen gedragen.
• Procescontrole. Proprietaire data over procesvariabelen – thermische geschiedenis, microstructuur, defectvorming – beperkt de mogelijkheid om prestaties te benchmarken. Open, collaboratieve data-sharing is cruciaal om dit gebied te laten vooruitgaan.
• Certificering. Huidige QA steunt op post-productietesten, wat tijdrovend en resource-zwaar is. De industrie heeft robuuste, real-time certificeringspaden nodig die rekening houden met de unieke kenmerken van AM-onderdelen.

Een globaal standaardenframework bouwen

Globale consensus is nog niet bereikt, maar momentum groeit. ISO en ASTM International hebben gezamenlijke werkgroepen ingesteld om AM-standaarden te harmoniseren onder de Additive Manufacturing Standards Structure, die materialen, processen, apparatuur en eindonderdeelbehandeling dekt.

• Per mei 2020 had ASTM Committee F42 22 standaarden goedgekeurd, en ISO/TC 261 had 15 gepubliceerd met 30 in ontwikkeling.
• ASTM heeft onderzoeksinitiatieven gefinancierd, inclusief een 2019-subsidie aan de National Additive Manufacturing Innovation Cluster (NAMIC) in Singapore.

Metalen Poederbedfusie Standaarden

ASTM's F3303, uitgebracht in 2018, stelt kwalificatiescriteria voor SLM, EBM en DMLS-technologieën gebruikt in medische, luchtvaart- en andere hoog-presterende sectoren. De Metal Powder Industries Federation (MPIF) heeft negen testmethoden uitgegeven om metalen AM-poeders te karakteriseren, wat de focus van de sector op materiabetrouwbaarheid versterkt.

Luchtvaartspecifieke standaarden

SAE International's nieuwe PBF-standaarden – AMS-suite – dekken nikkel-legering materialen en procesvereisten voor vliegtuig- en ruimtevaartcomponenten. De AMS7100 polymere specificatie, geïntroduceerd vorig jaar, garandeert reproduceerbaarheid voor FDM- en andere extrusieprocessen. ASTM's F42 ontwikkelt ook vier additionele standaarden die feedstock, einddeeleigenschappen, systeemprestaties en kwalificatiesprincipes adresseren.

De Additive Manufacturing Standardisation Collaborative (AMSC)

Gevormd door America Makes, het Additive Manufacturing Innovation Institute en ANSI, identificeert AMSC's roadmap 93 gaten – 18 van hoge prioriteit – over het AM-landschap. Hun online-portal, gelanceerd in 2019, volgt standaardisatie-activiteit en versnelt gap-dichting.

Samenwerking drijft vooruitgang

Industrie-allianties zijn essentieel om AM-standaarden vooruit te helpen. Voorbeelden omvatten:

• SLM Solutions in partnerschap met DIN om metalen 3D-printadoptie te versnellen.
• Oerlikon en Boeing die samenwerken aan titanium poeder-gebaseerde AM-standaarden voor luchtvaart en defensie.
• ASTM's $300.000 investering in onderzoek bij het Additive Manufacturing Center of Excellence, gericht op feedstock, proceskwalificatie, post-processing en testen.
• Het Center of Excellence, mede-opgericht door ASTM, Auburn University, NASA, EWI en het VK's MTC, streeft ernaar R&D- en standaardisatiegaten te overbruggen over materiaalevaluatie, laser-gebaseerde machine-specs, oppervlakte-kwaliteitsmetrics en mechanische testrichtlijnen.

Standaardisatie: De toekomst van 3D-printen vormgeven

"Betere, universeel geaccepteerde standaarden zouden bedrijven in staat stellen appels met appels te vergelijken en geïnformeerde beslissingen te nemen over een coherent ecosysteem van leveranciers, fabrikanten en gebruikers."
Avi Reichental, Oprichter van XponentialWorks

Hoewel mainstream-adoptie van 3D-printen nog steeds uitgedaagd wordt door kwaliteit, consistentie en certificeringshurdles, zullen robuuste standaarden de technologie's volledige potentieel ontgrendelen. Het vestigen van duidelijke, actionable richtlijnen zal productieklare gebruik drijven, industriebrede vertrouwen bevorderen en de overgang van niche naar mainstream versnellen.