3D 인쇄 표준 개발:오늘날 우리는 어디에 있습니까? (2020년 업데이트)

신흥 산업 및 기술의 표준화로 가는 길은 멀고 험난할 수 있습니다. 그러나 산업이 강력한 시장을 개발하기 위해서는 표준화된 프로세스의 필요성이 점점 더 중요해지고 있습니다.

3D 프린팅은 이 분수령에 도달했습니다. EY가 조사한 기업의 46%는 2022년까지 이 기술을 최종 부품 생산에 적용할 것으로 예상합니다. 분명히 기술이 생산 쪽으로 계속 이동함에 따라 표준화는 그 어느 때보다 심각합니다.

3D 프린팅을 위한 표준화의 이점

표준화는 업계와 조직을 안내하는 모범 사례, 규정 및 벤치마크를 의미합니다. 3D 프린팅과 같은 새로운 파괴적인 기술의 경우 표준은 특히 시장이 계속 성장함에 따라 기술의 광범위한 채택을 촉진하는 데 꼭 필요한 기반을 제공할 수 있습니다. 더 나은 품질 보증과 공정 일관성을 위한 이점은 분명합니다.

그러나 적층 제조를 위한 더 큰 표준화를 향한 여정은 간단하지 않습니다. 적층 제조의 디지털 기원은 데이터 형식의 사용에서 설계 및 생산 프로세스에 대한 지침에 이르기까지 기존 제조보다 고려해야 할 추가 요소가 있음을 의미합니다.

3D 표준화의 두 가지 핵심 이점이 있습니다. 인쇄:

1. 일관성 보장

높은 품질의 부품을 일관되게 생산하고 매번 반복 가능한 공정을 보장하는 것은 적층 제조의 현재 과제 중 하나로 남아 있습니다.

적층 생산은 원자재에서 설계 최적화 및 제조 프로세스에 이르기까지 복잡한 변수 네트워크로 구성되며, 이를 위해서는 소프트웨어와 하드웨어 인프라 간의 상호 작용이 필요합니다. 비용이 많이 드는 시행 착오 접근 방식을 피하면서 3D 인쇄 부품의 반복성과 신뢰성을 보장하려면 이러한 각 단계를 모니터링, 평가 및 제어해야 합니다.

표준화는 AM 생산의 각 단계에 대한 매개변수를 정의하는 데 도움이 되며 모든 단계에서 일관된 프로세스를 만드는 데 도움이 됩니다. 이러한 방식으로 회사는 일련의 예비 기준과 AM 프로세스의 품질을 비교할 수 있습니다. 이를 통해 원하는 품질의 결과를 얻을 수 있습니다.

2. 규제 표준 충족

의료, 자동차, 항공우주 및 방위 산업과 같이 규제가 엄격한 산업에서 제품 인증 문제로 인해 AM 채택이 지연될 수도 있습니다. 적층 기술로 생산된 부품은 절삭 가공으로 달성한 부품과 상당히 다를 수 있는 속성을 갖고 있어 품질 보증 및 인증이 복잡합니다.

자격 및 인증 표준은 부품을 평가하고 자격을 부여하는 지침을 제공하여 제품 인증에 대한 실행 가능한 경로를 제공합니다.

표준화 과제

3D 프린팅에 대한 일부 표준은 현재 존재하지만 많은 중요한 표준은 아직 개발 중입니다. 3D 프린팅을 위한 표준화가 필요한 몇 가지 영역에 대해 설명했습니다.

1. 자료

현재 당면 과제 중 하나는 AM 관련 재료에 관한 것으로, 그 중 상당수는 표준이 존재하지 않습니다. 특히 금속 적층 제조용 재료는 특히 항공 우주 및 의료와 같은 고도로 까다로운 산업에서 사용되기 때문에 핵심 초점 영역입니다.

예를 들어, AM 특정 재료에 대한 표준화가 없다는 것은 제조업체가 응력 값을 받아들일 수 없다는 것을 의미합니다. 설계 및 공정 제어 데이터도 3D 프린팅 재료 사양의 부족으로 인해 매우 제한적이며, 이는 부품 생성 방식에 영향을 미칠 수 있습니다.

이 문제를 부분적으로 처리하는 한 가지 방법은 기존 재료용으로 개발된 기존 표준을 AM 재료용으로 직접 채택하는 것입니다. 그러나 AM 부품의 기계적 거동이 기존의 부품과 크게 다를 수 있으므로 이러한 표준을 적용할 수 있는 범위는 아직 결정되지 않았습니다.

2. 프로세스 제어

AM 프로세스 변수의 독점 특성은 표준화에 대한 또 다른 문제를 제기합니다. 많은 3D 프린터 제조업체는 열 이력, 미세 구조 및 결함 형성과 같은 인쇄 부품의 속성에 영향을 미치는 공정 변수 최적화에 대한 데이터를 공유하는 것을 꺼릴 수 있습니다. 여기에서 협업과 개방형 플랫폼 전략이 이 문제를 해결하는 열쇠가 될 것입니다.

3. 인증

마지막으로 강력한 인증 접근 방식을 개발하는 것은 3D 프린팅 표준화의 초점 영역입니다. 현재의 품질 보증 및 검증 방법은 최종 부품을 테스트하는 것이므로 추가 시간과 리소스가 필요합니다. 이 문제를 극복하기 위해 업계는 더 나은 실시간 품질 관리를 허용하는 포괄적인 부품 인증 프로세스를 개발해야 합니다.

업무를 더 어렵게 만드는 것은 인증 프로세스가 산업 및 응용 프로그램에 따라 다르다는 사실입니다. 인증을 위한 테스트가 언제, 어떻게 수행되는지는 모든 표준화 프로세스에서 지정해야 하는 영역입니다.

3D 프린팅을 위한 표준화된 프레임워크 개발

지금까지 적층 제조 공정 및 제품에 대한 표준에 대한 글로벌 합의는 아직 이루어지지 않았습니다. 그러나 표준 개발 조직(SDO) 및 기타 기관에서 적층 제조에 대한 포괄적인 표준 세트를 구축하기 위해 공동 노력을 기울이면서 진전이 이루어지고 있습니다.

표준 개발 기구

ISO 및 ASTM 국제 산업 전반에 걸쳐 적층 제조의 채택을 지원하기 위해 전담 위원회를 구성한 두 개의 핵심 SDO입니다. 주로 자발적인 노력을 바탕으로 ISO와 ASTM International은 적층 제조의 모든 측면을 다루기 위해 노력하고 있습니다.

2016년에는 공동 작업 그룹을 구성하여 AM 표준에 대한 공통 조직 구조를 업데이트하고 승인했습니다. AM 산업 내에서 개발을 조화롭게 하는 것을 목표로 합니다.

이 협력의 일환으로 두 SDO는 3D 프린팅 표준을 위한 프레임워크인 적층 제조 표준 구조를 발표했습니다. . 프레임워크는 표준화가 필요한 다양한 범주를 개략적으로 설명하며 다음을 광범위하게 포함합니다.

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재료

공정 및 장비

완성품 처리

그 이후로 협력은 결실을 맺었습니다. 2020년 5월 기준:

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적층 제조 기술에 관한 ASTM 위원회 F42는 22개의 표준을 승인했습니다.

적층 가공에 관한 ISO 기술 위원회 261(ISO/TC 261)은 다양한 개발 단계에서 30개의 추가 표준과 함께 15개의 표준을 발표했습니다.

ASTM은 또한 AM 산업의 표준 개발을 지원하기 위해 여러 차례의 자금 지원을 시작했습니다. 2019년에는 싱가포르의 NAMIC(National Additive Manufacturing Innovation Cluster)가 추가되어 동일한 기관과 연구에 도움이 되는 새로운 자금 조달이 시작되었습니다.

금속 분말에 대한 3D 프린팅 표준 침대 퓨전

2018년 ASTM 위원회 F42는 금속 PBF(Powder Bed Fusion) 공정의 사용을 늘리기 위한 표준을 발표했습니다.

F3303으로 알려진 이 표준은 금속에 맞춰져 있습니다. 의료, 항공 우주 및 기타 부문을 위한 적층 제조. SLM, EBM 및 DMLS 기술을 기반으로 하는 기계 및 프로세스를 검증하는 단계를 간략하게 설명합니다. AM 단계가 고정되고 반복 가능하도록 하면 3D 인쇄 금속 부품의 적용 및 승인과 관련된 많은 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

현재 ASTM의 주요 초점은 SLM에 대한 표준을 개발하는 것입니다. 기술, 현재 가장 인기 있는 금속 3D 프린팅 방법.

금속 분말 산업 연맹(MPIF)은 ASTM 외에도 최근 금속 AM 분말을 특성화하기 위한 9가지 MPIF 표준 테스트 방법을 발표했습니다.

설계자, 제조업체 및 사용자를 대상으로 금속 AM 부품 중 이 컬렉션은 제조업 분야에서 금속 3D 프린팅의 역할이 커지고 있음을 업계가 인식하고 있다는 또 다른 신호입니다.

항공우주를 위한 3D 프린팅 표준화

항공우주를 위한 금속 AM의 표준화를 해결하기 위해 글로벌 엔지니어링 표준 협회 SAE International은 최근 4개의 새로운 PBF 표준을 발표했습니다.

항공우주 재료 사양(AMS)에 대한 새로운 표준 제품군은 중요한 항공기 및 우주선 부품의 인증을 지원하고 금속 분말을 사용한 3D 프린팅을 위한 니켈 합금 및 공정 요구 사항에 대한 재료 사양을 다룹니다.

하지만 SAE는 이에 그치지 않았습니다. 보다 최근에 이 조직은 작년에 항공우주 산업을 위한 최초의 AM 폴리머 사양도 발표했습니다. 예를 들어, AMS7100 사양은 FDM®(Fused Deposition Modeling) 또는 기타 재료 압출 생산을 통해 안정적이고 반복 가능하며 재현 가능한 항공우주 부품을 생산하기 위한 중요한 제어 및 요구 사항을 설정합니다.

ASTM International의 F42 위원회도 개발 중입니다. 항공기 부품 제조업체가 안전 및 성능 요구 사항을 충족하는 데 도움이 되는 4가지 추가 표준. 표준은 공급원료 재료, 완제품 속성, 시스템 성능 및 신뢰성, 자격 원칙을 다룹니다.

The 적층 제조 표준화 협력(AMSC)

적절한 표준의 개발은 적층 제조의 주류 채택을 위한 핵심 동인입니다. 그러나 더 빠른 산업 성장을 촉진하려면 이러한 개발에 대한 일관된 접근 방식이 필요합니다.

이러한 필요성에 비추어 America Makes, 미국 적층 제조 혁신 연구소 및 ANSI(American National Standards Institute)는 AMSC(적층 제조 표준화 협력)를 설립하기 위해 힘을 합쳤습니다.

2016년부터 AMSC는 적층 제조를 위한 두 가지 버전의 표준화 로드맵을 발표했습니다. 로드맵은 표준(승인 및 개발 중)을 식별하고, 격차를 평가하고, 추가 R&D 및 표준화를 위한 우선 순위 영역을 결정하도록 설계되었습니다. 175개 공공 및 민간 부문 조직의 300명 이상의 개인이 2018년 7월에 게시된 로드맵의 두 번째 버전 개발을 지원했습니다.

AMSC 로드맵은 산업용 첨가제에 대한 현재 표준 환경의 스냅샷을 제공합니다. 조작. 흥미롭게도, 93개의 격차를 식별하고 그 중 18개는 더 많은 표준을 개발하기 위한 최우선 순위로 간주됩니다. 격차에는 공정별 설계 지침뿐만 아니라 적층 및 감산 기술 간의 균형을 강조하기 위한 지침을 수립해야 할 필요성이 포함됩니다.

2019년 말에 America Makes와 ANSI는 AM에서 표준화 활동을 추적하기 위한 온라인 포털도 시작했습니다.

어려운 일이지만 AM에서는 표준화 격차를 추적하고 연결하는 것이 필수적입니다. 생산을 위한 적층 기술의 잠재력을 실현하고자 하는 이해 관계자.

협업의 중요성

산업 협력 및 파트너십은 적층 제조의 강력한 메커니즘이었으며 표준 개발도 예외는 아닙니다. 협력을 촉진하는 것은 산업을 위한 3D 프린팅 표준의 범위를 확장하는 데 도움이 될 수 있는 산업 AM 전문 지식을 활용할 수 있는 훌륭한 기회를 제공합니다.

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예를 들어, SLM Solutions Group은 독일 표준화 연구소(DIN)와 협력하여 후자의 새로 설립된 적층 제조 운영 위원회를 지원합니다. SLM Solutions는 기술 전문성을 통해 금속 3D 프린팅의 상업적 실행 가능성을 가속화하는 것을 목표로 합니다.

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Oerlikon과 Boeing 간의 협력도 금속 3D 인쇄에 대한 표준을 개발하기 위한 것입니다. 항공우주 및 국방 분야의 AM 사용을 목표로 하는 이 파트너십은 구조용 티타늄 구성요소의 분말 기반 금속 3D 프린팅을 위한 재료 및 공정을 표준화하는 데 중점을 두고 있습니다.

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지난 달 ASTM International은 원료, 공정 적격성 평가, 후처리 및 테스트를 포함한 4가지 주요 영역을 대상으로 하는 적층 제조 우수 센터(Additive Manufacturing Center of Excellence) 내의 연구 프로젝트에 300,000달러를 투자했습니다.

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올 여름 적층 제조 우수 센터(Additive Manufacturing Center of Excellence)의 출범은 업계의 또 다른 이정표입니다. ASTM International이 Auburn University, NASA, EWI 및 영국에 기반을 둔 제조 기술 센터(MTC)와 공동으로 설립한 이 새로운 시설은 주요 산업 격차를 메우기 위해 R&D 및 표준화를 연결하는 데 중점을 두고 있습니다.

MTC가 금속 분말의 품질과 재활용 가능성을 평가하기 위한 표준을 개발하는 동안 NASA 연구원은 레이저 기반 기계 및 프로세스의 사양에 중점을 둘 것입니다. EWI는 표면 품질 및 측정 메트릭을 표준화하는 데 도움이 되는 후처리를 연구할 것입니다. 마지막으로 Auburn University는 금속 AM의 기계적 테스트 문제를 연구하여 3D 인쇄된 부품을 테스트하기 위한 표본 설계에 대한 지침을 만드는 데 도움을 줄 것입니다.

다양한 주요 업계 이해 관계자가 한 지붕 아래 모여 있는 이 협력은 업계의 판도를 바꿀 수 있습니다.

표준화:3D 프린팅의 미래 형성

<블록 인용>

'산업이 전반적으로 더 나은 표준, 보편적으로 이해되고 수용되는 표준을 갖고 있다면 모든 이해 관계자와 구성 요소에게 엄청나게 도움이 될 것입니다. 표준을 통해 기업은 사과를 사과와 비교하고 공급업체, 제조업체 및 사용자의 포괄적인 생태계 내에서 구현할 수 있는 지능적인 결정을 내릴 수 있습니다.'

Avi Reichental, XponentialWorks 설립자

3D 프린팅이 산업 제조 분야로 계속 진출하고 있지만 부품 품질, 일관성 및 인증과 관련된 문제로 인해 기술의 주류 채택이 방해받고 있습니다. 표준화는 이러한 과제 중 가장 시급한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

적층 제조가 주류 채택을 향해 계속 나아가도록 하려면 표준과 지침을 수립해야 합니다. 그러나 동시에 그러한 발전에는 시간이 걸리며 잠재적으로 몇 년이 걸릴 수도 있습니다.

그러나 이점은 분명합니다. 명확한 표준은 공통 용어, 효율적인 테스트 및 일관된 재료 및 프로세스를 촉진함으로써 생산을 위한 3D 프린팅 사용을 주도할 것입니다.