Аддитивные технологии и стандарты ГОСТ в России
Аддитивные технологии (АТ) - это послойное наращивание и синтез объекта с помощью компьютерных 3D технологий. Аддитивные технологические процессы основаны на принципе послойного создания (выращивания) твердого объекта на основе данных - модели. Суть данного метода заключается в послойном «выращивании» изделия, контуры слоев которого выстраиваются электронным лучом, плавящим металл (сплав) в определенных местах. Такая технология позволяет изготовлять изделия любой конфигурации. Принцип построения изделия протекает циклически.
В России развитие аддитивного производства сопровождается созданием новых материалов и формированием нормативной базы. В рамках работы ТК 182 утверждены и введены в действие многочисленные национальные стандарты, регулирующие различные аспекты аддитивных технологий, от материалов до методов контроля и испытаний.
В настоящее время АТ, основанные на процессах селективного электронно-лучевого сплавления порошка металлов (сплавов), являются перспективным направлением получения ответственных изделий с конфигурацией любой сложности.
Принцип работы аддитивных технологий
Общие положения и принципы
ГОСТ Р 57558-2017 устанавливает базовые принципы аддитивных технологических процессов, приводя обзор существующих процессов и объясняя, каким образом в различных категориях процессов используются различные типы материалов для формирования геометрии изделия. Принципы, описанные в стандарте, распространяются на последующие стандарты.
ГОСТ Р 57589-2017 устанавливает общие требования к материалам, применяемым в различных категориях процессов. Настоящий стандарт описывает базовые принципы аддитивных технологических процессов. В настоящем стандарте приведен обзор существующих категорий процессов, а также исходного сырья, используемого для изготовления изделий.
ГОСТ Р 57911-2017 содержит термины и определения, используемые в области аддитивных технологий.
ГОСТ Р 57586-2017 устанавливает общие требования к изделиям, полученным методом аддитивных технологических процессов.
Детали, создаваемые с помощью аддитивных технологических процессов, могут быть использованы как в качестве прототипов, так и в качестве готового изделия (термин "прототип" описан в ГОСТ Р 57558). Производимые детали используют в различных сферах применения после этапа разработки изделия и отражают все требования к ожидаемому изделию. Как для прототипов, так и для производимых деталей могут быть использованы различные процессы и материалы в зависимости от типа детали, сферы применения и отрасли промышленности, а также от требований к стоимости и времени поставки. Проектирование деталей и выбор их характеристик - обязанность разработчика.
Технологический процесс, применяемый в области аддитивных технологий, характеризуется управлением изготовления деталей на основе данных 3D САПР. Промежуточные стадии, такие как производство оснастки, отсутствуют.
В основном существуют две различные категории процессов:
- одношаговые процессы (одноэтапные процессы): типы процессов аддитивного производства, в которых детали изготавливают за одну операцию, где основная геометрическая форма и свойства материала достигаются одновременно;
- многошаговые процессы (многоэтапные процессы): типы процессов аддитивного производства, в которых детали изготавливают за две или более операций, где первая, как правило, обеспечивает получение основной геометрической формы, а последующие - основные требуемые свойства материала (металл, керамика, полимер или композит).
Существуют различные технологические процессы, разработанные для аддитивных технологий. Они сгруппированы в семь основных категорий на основе фундаментальной части функциональности машин. В последующих стандартах подробная информация и требования для конкретного вида сочетания "сырье/процесс" будут даны, например:
- информация об основополагающих свойствах сырья;
- требования к сырью (предварительное кондиционирование);
- содержательное описание процесса;
- для каждого конкретного вида сырья/процесса сочетание соответствующих свойств, частей (например, газопроницаемость, прочность и др.), включая требования минимальных значений и информацию о приемлемых диапазонах значений;
- обязательные методы количественной оценки;
- информация о сферах применения.
Фотополимеризация в ванне
Процесс фотополимеризации в ванне - процесс, при котором предварительно осажденный фотополимер селективно облучается световым излучением (см. ГОСТ Р 57558). Под его воздействием соседние полимерные цепи скрепляются друг с другом.
Стандарты для алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы сегодня все шире применяются при 3D-печати высокотехнологичных протезов, компонентов для гражданского судостроения, деталей космических кораблей и других значимых отраслей. Новый ГОСТ Р 71758-2024 закрепляет требования к механическим свойствам алюминиевых сплавов, используемых для 3D-печати и других отраслей. Также в стандарте приведены требования к сырью и материалам, комплектности, маркировки, безопасности и охраны окружающей среды, правила приемки, методы контроля и др.
Документ распространяется на изделия из алюминиевых сплавов, изготовленные методом селективного лазерного сплавления (СЛС) и предназначенные для использования в авиационной и ракетно-космической технике, судостроении, энергетической, атомной и других отраслях промышленности.
В стандарт включены четыре металлопорошковые композиции для 3D-печати: сплавы системы «алюминий-кремний-магний» РС-300, РС-320 и РС-356 и алюминиево-скандиевый сплав РС-553 - он обладает повышенной прочностью и позволяет за счет снижения материалоемкости создавать сверхлегкие детали и компоненты.
Стандарты для титановых сплавов
Для проверки качества и определения свойств титановых сплавов разработаны специальные стандарты. ГОСТ Р 58419-2019 "Аддитивные технологии. Изделия из титановых сплавов, изготовленные методом селективного электронно-лучевого сплавления. Общие технические условия" определяет технические требования к показателям качества и методы контроля изделий из титановых сплавов.
Изделия должны быть изготовлены методом СЭЛС из порошкового материала на оборудовании по ГОСТ Р 57894-2017. Контроль показателей качества изделий осуществляется по стандартизованным методикам или в соответствии с требованиями НТД изготовителя.
В правилах приемки стандарт обязывает производителя проводить приемо-сдаточные, периодические и типовые испытания изделий в соответствии с требованиями ГОСТ 15.309-98.
Другие важные стандарты
В таблице ниже представлены некоторые другие важные ГОСТы, регулирующие аддитивные технологии:
| Стандарт | Описание |
|---|---|
| ГОСТ Р 57556-2017 | Материалы для аддитивных технологических процессов. Методы контроля и испытаний. |
| ГОСТ Р 57587-2017 | Изделия, полученные методом аддитивных технологических процессов. Методы контроля и испытаний. |
| ГОСТ Р 57588-2021 | Оборудование для аддитивных технологических процессов. Общие требования. |
| ГОСТ Р 57910-2017 | Материалы для аддитивных технологических процессов. Методы контроля и испытаний металлических материалов сырья и продукции. |
| ГОСТ Р 58418-2019 | Металлические порошки и проволоки. Виды дефектов. Классификация, термины и определения. |
| ГОСТ Р 58597-2019 | Меры неразрушающего контроля, изготовленные методами аддитивных технологий. |
| ГОСТ Р 59035-2020 | Металлопорошковые композиции. Общие требования. |
| ГОСТ Р 59036-2020 | Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Общие положения. |
| ГОСТ Р 59131-2020 | Изделия фигурные из алюминиевых сплавов. Общие технические условия. |
| ГОСТ Р 59184-2020 | Оборудование для селективного лазерного сплавления. Общие требования. |
Соблюдение стандартов ГОСТ в области аддитивных технологий является важным условием для обеспечения качества и надежности производимой продукции, а также для развития и интеграции аддитивных технологий в различные отрасли промышленности.