3D印刷の標準の開発：私たちは今日どこにいますか？ （2020年更新）
新興産業やテクノロジーの標準化への道のりは長く、困難な場合があります。しかし、業界が強力な市場を開拓するためには、標準化されたプロセスの必要性がますます重要になります。
3D印刷はこの分水嶺の瞬間に達しました：EYが調査した企業の46％は、2022年までに最終部品の生産にこの技術を適用することを期待しています。標準化はこれまで以上に深刻です。
3D印刷の標準化のメリット
標準化とは、業界や組織を導くベストプラクティス、規制、ベンチマークを指します。 3D印刷のような新しい破壊的技術の場合、標準は、特に市場が成長し続けるにつれて、技術の幅広い採用を促進するために非常に必要とされている基盤を提供できます。品質保証とプロセスの一貫性を向上させるメリットは明らかです。
ただし、積層造形の標準化をさらに進めるための道のりは簡単ではありません。アディティブマニュファクチャリングのデジタル起源は、データ形式の使用から設計および製造プロセスのガイドラインまで、従来の製造よりも考慮すべき追加の要素があることを意味します。
3Dの標準化には2つの主要な利点があります。印刷：
1。一貫性の確保
高品質の部品を一貫して製造し、毎回繰り返し可能なプロセスを確保することは、積層造形における現在の課題の1つです。
付加生産は、原材料から設計の最適化および製造プロセスまで、変数の複雑なネットワークで構成されており、ソフトウェアとハードウェアのインフラストラクチャ間の相互作用が必要になります。これらの各段階は、コストのかかる試行錯誤のアプローチを回避しながら、3D印刷部品の再現性と信頼性を確保するために、監視、評価、および制御する必要があります。
標準化は、AM制作の各ステップのパラメータを定義するのに役立ち、すべてのステップで一貫したプロセスを作成するのに役立ちます。このようにして、企業はAMプロセスの品質を一連の予備的な基準と比較できます。これにより、望ましい品質の結果が確実に達成されます。
2。規制基準を満たす
医療、自動車、航空宇宙、防衛などの規制の厳しい業界では、製品認証の問題によってAMの採用が遅れる可能性もあります。付加的な技術で製造された部品は、サブトラクティブ製造で達成されたものとはまったく異なる特性を持っているため、品質保証と認証が複雑になります。
認定および認証基準は、部品の評価および認定のガイドラインを提供することにより、製品認証への実行可能なルートを開きます。
標準化の課題
3D印刷の標準は現在いくつか存在しますが、重要な標準の多くはまだ開発中です。 3Dプリントの標準化が必要ないくつかの分野の概要を説明しました。
1。材料
現在の課題の1つは、AM固有の資料に集中しており、その多くには標準が存在しません。特に金属積層造形用の材料は、特に航空宇宙や医療などの非常に要求の厳しい産業で使用されているため、重要な焦点となっています。
AM固有の材料の標準化がないということは、たとえば、製造業者が応力値をとることができないことを意味します。 3D印刷材料の仕様が不足しているため、設計およびプロセス制御データも非常に制限されており、パーツの作成方法に影響を与える可能性があります。
この問題に部分的に対処する1つの方法は、従来の材料用に開発された既存の標準をAM材料に直接採用することです。ただし、AM部品の機械的挙動は、従来の部品とは大幅に異なる可能性があるため、これらの規格をどの程度適用できるかはまだ決定されていません。
2。プロセス制御
AMプロセス変数の独自性は、標準化に別の課題をもたらします。多くの3Dプリンターメーカーは、プロセス変数の最適化に関するデータを共有することを望まない場合があります。これは、熱履歴、微細構造、欠陥形成などの印刷部品の特性に影響を与えます。ここでは、コラボレーションとオープンプラットフォーム戦略がこの課題に取り組むための鍵となります。
3。認定
最後に、堅牢な認証アプローチの開発は、3D印刷の標準化で重点を置いている分野です。品質保証と検証の現在の方法は、最終部品のテストであり、追加の時間とリソースが必要です。この問題を克服するために、業界は、より優れたリアルタイムの品質管理を可能にする包括的な部品認証プロセスを開発する必要があります。
タスクをより困難にするのは、認証プロセスが業界やアプリケーションによって異なるという事実です。認証のためにテストをいつどのように行うかは、標準化プロセスで指定する必要がある領域です。
3D印刷用の標準化されたフレームワークの開発
これまでのところ、積層造形プロセスと製品の基準に関する世界的なコンセンサスはまだ達成されていません。ただし、標準開発組織（SDO）やその他の組織が共同で、積層造形の包括的な標準セットを構築するなど、進展が見られます。
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ISOおよびASTMインターナショナル は、業界全体での積層造形の採用をサポートするための専用委員会を形成した2つの主要なSDOです。主に自主的な取り組みに基づいて、ISOとASTMインターナショナルの両方が積層造形のすべての側面をカバーするように取り組んでいます。
2016年に、AM規格の共通の組織構造を更新および承認するための共同作業グループを設立しました。 AM業界内での開発を調和させることを目的としています。
このコラボレーションの一環として、両方のSDOは、3D印刷標準のフレームワークである積層造形標準構造を発表しました。 。このフレームワークは、標準化が必要なさまざまなカテゴリの概要を示しています。これらのカテゴリは、広くカバーされています。
- マテリアル
- プロセスと機器
- 完成品の処理
それ以来、コラボレーションは実り多いものになっています。 2020年5月現在：
- 積層造形技術に関するASTM委員会F42は22の規格を承認しました
- 積層造形に関するISO技術委員会261（ISO / TC 261）は、15の規格を公開しており、開発のさまざまな段階でさらに30の規格が追加されています。
ASTMは、AM業界の標準の開発をサポートするために、数ラウンドの資金提供も開始しました。 2019年に、シンガポールのNational Additive Manufacturing Innovation Cluster（NAMIC）が追加され、同じ機関とその研究に利益をもたらす新しい資金調達ラウンドが開始されました。
金属粉末の3D印刷標準ベッドフュージョン
2018年、ASTM委員会F42は、金属粉末床融合（PBF）プロセスの使用を増やすための規格を発行しました。
F3303として知られる規格は、金属を対象としています。医療、航空宇宙、およびその他のセクター向けの積層造形。 SLM、EBM、DMLSテクノロジーに基づいてマシンとプロセスを認定する手順の概要を説明します。 AMステップが固定され、再現可能であることを保証することは、3Dプリントされた金属部品の適用と承認に関連する多くの課題を克服するのに役立つ可能性があります。
現在、ASTMの主な焦点はSLMの標準の開発にあります技術、現在最も人気のある金属3D印刷方法。
ASTMに加えて、Metal Powder Industries Federation（MPIF）は最近、金属AM粉末を特性評価するための9つのMPIF標準テスト方法を発行しました。
設計者、製造業者、およびユーザーを対象としています金属AM部品のこのコレクションは、製造業における金属3D印刷の役割の拡大を認識している業界のもう1つの兆候です。
航空宇宙向けの3D印刷の標準化
航空宇宙向けの金属AMの標準化に取り組むために、グローバルエンジニアリング標準協会SAEInternationalは最近4つの新しいPBF標準を発行しました。
航空宇宙材料仕様（AMS）の新しい標準スイートは、重要な航空機および宇宙船部品の認証をサポートし、ニッケル合金の材料仕様と金属粉末を使用した3D印刷のプロセス要件をカバーします。
しかし、SAEはそれだけにとどまりません。さらに最近では、この組織は昨年、航空宇宙産業向けの最初のAMポリマー仕様も発行しました。たとえば、AMS7100仕様は、溶融堆積モデリング（FDM®）またはその他の材料押出生産によって信頼性が高く、再現性があり、再現性のある航空宇宙部品を製造するための重要な制御と要件を確立しています。
ASTMインターナショナルのF42委員会も開発中です。航空機部品メーカーが安全性と性能の要件を満たすのに役立つ4つの追加規格。この規格は、原材料、完成部品の特性、システムのパフォーマンスと信頼性、および認定の原則を対象としています。
アディティブマニュファクチャリング標準化コラボレーティブ（AMSC）
適切な規格の開発は、積層造形の主流採用の重要な推進力です。ただし、業界の成長を加速するには、この開発への一貫したアプローチが必要です。
このニーズに照らして、America Makes、US Additive Manufacturing Innovation Institute、およびAmerican National Standards Institute（ANSI）はアディティブマニュファクチャリング標準化コラボレーティブ（AMSC）を設立するために協力しました。
2016年以降、AMSCはアディティブマニュファクチャリングの標準化ロードマップの2つのバージョンを公開しています。ロードマップは、標準（承認済みおよび開発中）を特定し、ギャップを評価し、追加のR＆Dおよび標準化の優先分野を決定するように設計されています。 175の異なる公的および民間部門の組織からの300人以上の個人が、2018年7月に公開されたロードマップの第2バージョンの開発をサポートしました。
AMSCのロードマップは、工業用添加剤の現在の標準状況のスナップショットを提供します製造。興味深いことに、93のギャップを特定し、そのうち18は、より多くの標準を開発するための優先度が高いと考えられています。ギャップには、加法混色技術と減法混色技術の間のトレードオフを強調するためのガイドライン、およびプロセス固有の設計ガイドラインを確立する必要性が含まれます。
2019年の終わりに、America MakesとANSIは、AMでの標準化活動を追跡するためのオンラインポータルも立ち上げました。
AMにとっては、標準化のギャップを追跡し、最終的に埋めることが不可欠です。生産のための添加剤技術の可能性を解き放とうとしている利害関係者。
コラボレーションの重要性
業界のコラボレーションとパートナーシップは、積層造形における強力なメカニズムであり、標準の開発も例外ではありません。コラボレーションを促進することは、業界の3D印刷標準の範囲を拡大するのに役立つ、業界のAMの専門知識を活用する絶好の機会を提供します。
- たとえば、SLM Solutions Groupは、ドイツ標準化研究所（DIN）と提携して、ドイツ標準化研究所（DIN）の新しく設立された積層造形運営委員会をサポートしています。 SLM Solutionsは、その技術的専門知識を通じて、金属3D印刷の商業的実行可能性を加速することを目指しています。
- OerlikonとBoeingのコラボレーションも、金属3D印刷の標準を開発するために設定されています。航空宇宙および防衛におけるAMの使用を対象としたこのパートナーシップは、チタン構造部品の粉末ベースの金属3D印刷の材料とプロセスの標準化に重点を置いています。
- 先月、ASTMインターナショナルは、原材料、プロセス認定、後処理、テストを含む4つの主要分野を対象とした、アディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンス内の研究プロジェクトに300,000ドルを投資しました。
- 今年の夏にアディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンスを立ち上げることも、業界にとってもう1つのマイルストーンです。 ASTMインターナショナルがオーバーン大学、NASA、EWI、および英国に本拠を置く製造技術センター（MTC）と共同で設立した新しい施設は、主要な業界のギャップを埋めるために研究開発と標準化を橋渡しすることに重点を置いています。
MTCが金属粉末の品質とリサイクル可能性を評価するための基準を開発する一方で、NASAの研究者はレーザーベースの機械とプロセスの仕様に焦点を合わせます。 EWIは、表面品質と測定指標の標準化を支援するために後処理を研究します。最後に、オーバーン大学は、金属AMの機械的試験の問題を調査し、3D印刷部品を試験するための試験片の設計に関するガイドラインの作成を支援します。
さまざまな主要な業界の利害関係者が一堂に会することで、このコラボレーションは業界にとって画期的なものになる可能性があります。
標準化：3D印刷の未来を形作る
「業界全体でより良い基準、広く理解され受け入れられている基準があれば、すべての利害関係者と関係者にとって非常に有益です。標準を使用すると、企業はリンゴとリンゴを比較し、サプライヤー、メーカー、ユーザーの包括的なエコシステム内で実装できるインテリジェントな意思決定を行うことができます。」
XponentialWorksの創設者であるAviReichental
3D印刷は工業生産への進出を続けていますが、この技術の主流の採用は、部品の品質、一貫性、認証に関する課題によって妨げられています。標準化は、これらの課題の中で最も差し迫った問題のいくつかに対処するのに役立ちます。
積層造形が主流の採用に向けて継続するためには、基準とガイドラインを確立する必要があります。しかし同時に、そのような開発には時間がかかり、場合によっては数年かかることさえあります。
しかし、利点は明らかです。明確な基準は、共通の用語、効率的なテスト、一貫した材料とプロセスを促進することにより、生産のための3D印刷の使用を促進します。
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