Τα διεθνή πρότυπα για την 3D Εκτύπωση

Τα διεθνή πρότυπα αναδεικνύουν ξεκάθαρα την Προσθετική Κατασκευή ως βασικό πυλώνα της νέας Ψηφιακής Βιομηχανίας. Έχει σημασία για τους ελληνικούς επενδυτικούς και τεχνικούς φορείς να αντιληφθούν κι εκείνοι αυτή την ευκαιρία, ώστε να «ανέβουν» έγκαιρα σε ένα βαγόνι αυτής της «υπερταχείας», που οδεύει στην ανάπτυξη. Η γνώση, μελέτη και εφαρμογή των σχετικών προτύπων θα τους βοηθήσουν σημαντικά.

Γράφει ο Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Σταμάτης Πολύδωρας, ΕΔΙΠ Σχολής ΜΜ ΕΜΠ

Οι άνθρωποι, λένε, είναι το σύνολο από τις μνήμες και εμπειρίες τους. Ίσως θυμόμαστε παιδιά τον πατέρα μας να διαμαρτύρεται πως «ο χασάπης κλέβει στο ζύγι» και τη θεία να γκρινιάζει για το «στραβό χέρι» της μοδίστρας. Ίσως μας στεναχωρεί κι εκείνη η Πρωτοχρονιά που ο Αϊ-Βασίλης μας «παρέδωσε» άλλο δώρο από αυτό που «παραγγείλαμε».

Η 3D Εκτύπωση (3DΕ), επίσημα Προσθετική Κατασκευή (ΠΚ), έχει πλέον κατακτήσει θέση ικανής παραγωγικής διαδικασίας. Υλοποιεί λειτουργικά πλέον εξαρτήματα και προϊόντα, συχνά σε κρίσιμες κατασκευές όπως είναι π.χ. αεροπορικοί κινητήρες, ή ακόμα και μέσα στο ανθρώπινο σώμα όπως είναι π.χ. εμφυτεύματα

.

Αναπόφευκτα, η 3DΕ αναπτύσσει πια και αξιοσημείωτη οικονομική δραστηριότητα, αυξάνοντας έντονα χρόνο με το χρόνο τους σχετικούς «τζίρους» (βλ. πίνακα ). Δεν είναι πλέον ένα hi-tech gadget μόνο για μηχανικούς, αλλά κεντρικό θέμα σε συζητήσεις και διαπραγματεύσεις που συγκεντρώνουν επιχειρηματίες, επενδυτές, οικονομολόγους, μηχανικούς, διοικητικά στελέχη, γιατρούς και άλλους. Σε τραπέζια αποφάσεων για εγχειρήματα, χρονοδιαγράμματα, συμφωνίες, συμβόλαια, ακόμα και τη ζωή άλλων ανθρώπων. Για να ευοδωθούν επιτυχώς αυτά, είναι αναγκαίο να τηρούνται ορισμένες προϋποθέσεις:

  • Oι εμπλεκόμενοι πρέπει να συνεννοούνται με αμοιβαία κατανοητή ορολογία, να «μιλάνε την ίδια γλώσσα».
  • Οι προσδοκίες πρέπει να είναι τεχνικά υλοποιήσιμες.
  • Να τηρούνται τα χρονοδιαγράμματα για τις επιθυμητές ποσότητες.
  • Οι τεχνικές επιλογές (τεχνολογίες, συστήματα, υλικά) να είναι συμβατές με τις εκπεφρασμένες ανάγκες και προδιαγραφές.
  • Τα αποτελέσματα να μπορούν αποτελεσματικά και με σιγουριά να ελεγχθούν ως ακριβή, έγκυρα και αξιόπιστα.
  • Οι παραγωγικές διαδικασίες να διέπονται από αξιοπιστία, επαναληψιμότητα και ιχνηλασιμότητα σε κάθε βήμα, μέσα σε ένα πλαίσιο «Συνολικής Ποιότητας».
  • Να βρίσκεται πάντα ο κατάλληλος άνθρωπος στην κατάλληλη θέση, σε κάθε κρίκο της αλυσίδας.
  • Όταν κάτι πάει στραβά, να είναι γνωστό το γιατί και το ποιος είναι υπεύθυνος, άρα και υπόλογος των οικονομικών συνεπειών.

Οι παραδοσιακές – συμβατικές παραγωγικές μέθοδοι έχουν από ετών φθάσει στην εξέλιξη που επιτρέπει την κατά πλειοψηφία διασφάλιση των παραπάνω προϋποθέσεων. Δεν ισχύει το ίδιο για την 3DE που ακόμα ανεβαίνει ραγδαία.

Σε όλα αυτά, και μάλιστα σε ένα παγκοσμιοποιημένο παραγωγικό και εμπορικό περιβάλλον, η ύπαρξη και ισχύς διεθνούς τυποποίησης και προτύπων είναι αυτονόητα σημαντική.

ASTM, ISO & Πρότυπα για Προσθετική Κατασκευή

Ιστορικά η 3DE ξεκινά κυρίως από τις ΗΠΑ, τη Γερμανία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Η υπόλοιπη Ευρώπη, η Ασία και ο κόσμος ακολουθούν αργότερα.

Πέρα από ανεξάρτητες προσπάθειες που σημειώνονται στις δεκαετίες του 1990 και 2000 από βιομηχανικούς φορείς (π.χ. Chrysler), το ακαδημαϊκό περιβάλλον και διάφορες κρατικές υπηρεσίες (π.χ. DARPA στις ΗΠΑ) για κατηγοριοποίηση και αποτίμηση δυνατοτήτων της 3DE, ακόμα και για την «ονοματοδοσία» της, η πρώτη επίσημη και οργανωμένη ενασχόληση με ενιαίους κανόνες και πρότυπα 3DE έρχεται από τον οργανισμό American Society for Testing and Material (ASTM) International. Ο ASTM ιδρύει το 2009 την επιτροπή ανάπτυξης προτύπων F42, με σκοπό τη δημιουργία προτύπων ΠΚ καθολικής αποδοχής· προτύπων υψηλής ποιότητας και με γνώμονα την αξιοποίηση των τεχνολογιών από την αγορά.

Παράλληλα στην Ευρώπη, ο International Organization for Standardization (ISO) ξεκινά το 2011 με πρωτοβουλία του DIN την Τεχνική Επιτροπή 261 (TC261) με παρόμοιο σκοπό. Στόχος «η τυποποίηση στο πεδίο της ΠΚ για διεργασίες, όρους και ορισμούς, αλυσίδες διαδικασιών, διαδικασίες δοκιμών, παραμέτρους ποιότητας, συμφωνίες προμηθειών και κάθε είδους σχετικά θεμελιώδη ζητήματα».

Ορόσημο αποτελεί η υπογραφή κοινού συμφώνου συνεργασίας (Partnership Standards Development Organization/PSDO) των παραπάνω επιτροπών των δύο οργανισμών, τον Οκτώβριο του 2011 με σύνθημα: «Ένας κόσμος – Ένα πρότυπο». Η συμφωνία αυτή ανοίγει το δρόμο της γρήγορης και αποτελεσματικότερης κοινής ανάπτυξης ενιαίων διεθνών προτύπων ΠΚ από πλευράς τους, με συντονισμένη δράση.

Σήμερα ήδη ισχύουν πολυάριθμα πρότυπα επί της ΠΚ, τα περισσότερα δημοσιευμένα ως κοινά πρότυπα ISO/ASTM και περισσότερα αναμένονται στο κοντινό μέλλον. Όλα καλύπτουν βασικές πτυχές και παραμέτρους της ΠΚ/3DΕ.

 

Τα σημαντικότερα ισχύοντα διεθνή πρότυπα ΠΚ

 

ISO/ASTM 52900: Γενικές αρχές και ορολογία. Βασισμένο σε πρότυπο αρχικά του ASTM, στα πλαίσια της PSDO του 2011 επισημοποιείται ως κοινό διεθνές πρότυπο και πρωτοδημοσιεύεται το 2015. Αποτελεί το «Ευαγγέλιο» της ΠΚ, καθώς ορίζει τις βασικές έννοιες και αρχές λειτουργίας της και των 3D εκτυπωτών πάσης φύσεως. Ταυτόχρονα καθορίζει και την επίσημα ισχύουσα ορολογία· από τις διακριτές (7 σήμερα) διαφορετικές τεχνολογικές προσεγγίσεις που απαντώνται στην ΠΚ, έως επιμέρους μέρη και διατάξεις και την ονομασία τους. Σήμερα τελεί υπό αναθεώρηση και σύντομα αναμένεται η επικαιροποιημένη του έκδοση.

ISO 27547: Πλαστικά – Προετοιμασία δοκιμίων θερμοπλαστικών υλικών με τεχνολογίες άνευ καλουπιού. Γενικές αρχές και σύντηξη δοκιμίων με laser. Πραγματεύεται βασικές αρχές/όρους και τον καθορισμό παραμέτρων για διαστρωματική κατασκευή πλαστικών δοκιμίων με τη μέθοδο SLS, μια από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους ΠΚ για βιομηχανικά πλαστικά, που βασίζεται στην πυρωσσυσσωμάτωση κόκκων πλαστικού με laser. Δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην τεχνολογία SLS και την εξασφάλιση της επαναληψιμότητάς της. Η σημασία του για τη βιομηχανία προφανής. Το πρότυπο δημοσιεύτηκε το 2015 και τελεί σε ισχύ.

ISO/ASTM 52901: Προσθετική Κατασκευή – Γενικές Αρχές – Απαιτήσεις για υπό προμήθεια εξαρτήματα από ΠΚ. Πολύ σημαντικό πρότυπο για τις σχέσεις που διέπουν πελάτες και προμηθευτές/παρόχους υπηρεσιών κατασκευής αντικειμένων με ΠΚ/3DE. Εστιάζει στις απαιτήσεις και τον κατάλληλο τρόπο έκφρασης αυτών από πλευράς πελατών προς προμηθευτές και κατ’ επέκταση των ελάχιστων κριτηρίων αποδοχής για τα παραγόμενα αντικείμενα. Δημοσιεύτηκε το 2017 και ισχύει κανονικά.

ISO/ASTM 52910: Προσθετική Κατασκευή – Σχεδιασμός- Απαιτήσεις, οδηγίες, συστάσεις. Η επιτυχής διασύνδεση διαδικασιών σχεδιασμού με μεθόδους ΠΚ είναι ο κεντρικός στόχος του προτύπου αυτού, που επικεντρώνεται στην καθοδήγηση ομάδων σχεδιασμού για τις βασικές απαιτήσεις και οδηγίες που πρέπει να ακολουθούνται, ώστε να αντλούνται κατά μέγιστο τα πλεονεκτήματα των προσθετικών μεθόδων ανά εφαρμογή, υπερβαίνοντας τους εκάστοτε τεχνικούς περιορισμούς. Σε ισχύ από το 2018.

ΙSO/ASTM 52902: Προσθετική Κατασκευή – Δοκίμια ελέγχου – Αποτίμηση γεωμετρικών επιδόσεων συστημάτων ΠΚ. Πολύ πρόσφατο (2019) και επίσης σημαντικό πρότυπο. Ορίζει τη γενική περιγραφή μορφών και γεωμετριών δοκιμής και σύγκρισης (ποσοτικής και ποιοτικής), για την αποτίμηση επιδόσεων γεωμετρικής ακρίβειας εξοπλισμού ΠΚ. Αξιοποιείται και για χαρακτηρισμό, αλλά και για ρύθμιση και διακρίβωση εξοπλισμού ΠΚ.

ISO/ASTM 52915: Προδιαγραφή ηλεκτρονικού πρωτοκόλλου επικοινωνίας ΠΚ (AMF) Έκδοση 1.2. Επί χρόνια η ΠΚ υλοποιείτο με τα ηλεκτρονικά πλεγματικά αρχεία STL. Οι ανεπάρκειες των συγκεκριμένων αρχείων οδήγησαν στην ανάπτυξη ενός πιο αποτελεσματικού πρωτοκόλλου, που φιλοδοξεί να καθιερωθεί σταδιακά στη θέση του STL, γεφυρώνοντας ομαλά τις προσθετικές μεθόδους με τα συστήματα CAD και άλλες πηγές 3D πληροφορίας στην ανταλλαγή και επικοινωνία τεχνικών δεδομένων. Τα AMF αρχεία πρωτοεμφανίζονται το 2011, το 2016 γίνονται διεθνές πρότυπο και στο παρόν αναθεωρημένο περιγράφεται η πλέον επικαιροποιημένη έκδοσή (1.2) του 2020.

ISO/ASTM 52903, 1 & 2: Προσθετική Κατασκευή πλαστικών υλικών με εξώθηση/έγχυση υλικού. Πρώτες ύλες (1) και εξοπλισμός διεργασίας (2). Πολυαναμενόμενο, δημοσιεύτηκε μόλις το 2020 σε 2 μέρη. Διέπει όλα τα καυτά ζητήματα της πιο διαδεδομένης σήμερα μεθόδου 3D Εκτύπωσης, αυτής της Εναπόθεσης Θερμοπλαστικού Τήγματος (Fused Deposition Modeling – FDM/FFF), τόσο για τα υλικά της (κατηγοριοποίηση, μορφή, διαστάσεις, συσκευασία, αποθήκευση) όσο και για σχετικές διεργασίες στον εξοπλισμό (ιδιότητες, προσανατολισμός, παραμετροποίηση, ανοχές, ποιότητα επιφάνειας, μετεπεξεργασία, πιστοποίηση / διακρίβωση κ.ά.)

ISO/ASTM 52942: Προσθετική Κατασκευή – Αρχές πιστοποίησης – Πιστοποίηση χειριστών εξοπλισμού τήξης μεταλλικών κόνεων με laser και εξοπλισμού για χρήση σε αεροδιαστημικές εφαρμογές. Γίνεται ιδιαίτερη μνεία στο συγκεκριμένο πρότυπο του 2020 για δύο λόγους. Αφενός για να καταδειχθεί πως για επιτυχή αξιοποίηση της ΠΚ σε «σοβαρές» βιομηχανικές εφαρμογές, δεν αρκεί μόνο ο έλεγχος των παραμέτρων εφαρμογής – εξοπλισμού – υλικών – σχεδιασμού, αλλά και ποιότητα γνωστικού υποβάθρου και εργασίας των ίδιων των εμπλεκομένων/χειριστών. Αφετέρου γιατί αποδεικνύει ότι η ΠΚ αντικειμενικά πλέον κατακτά σημαντικό έδαφος στις εφαρμογές αυτές. Καθίσταται δε ιδιαίτερα σημαντικό και για τις μελλοντικά απαιτούμενες από το εργατικό δυναμικό επαγγελματικές δεξιότητες στο σύγχρονο τεχνικό – βιομηχανικό περιβάλλον.

Αφήνεται στον αναγνώστη η διερεύνηση και άλλων αξιοσημείωτων προτύπων όπως τα ISO/ASTM 52921 (2013), 52904 (2019), 52911 (1&2, 2019), 52941 (2020) και 52950 (2021).

Τα πρότυπα που έρχονται

Η δραστηριότητα των διεθνών οργανισμών στην αναθεώρηση/επικαιροποίηση και στην ανάπτυξη/δημοσίευση προτύπων για ΠΚ είναι φρενήρης. Προσεχώς μόνο αναμένονται 34!

Σημειώνονται ως ενδιαφέροντα:

  • Η αναθεώρηση του βασικού προτύπου 52900 που είναι ήδη DIS (Draft International Standard).
  • Το ISO/ASTM 52905, για τη διάγνωση ελαττωμάτων μεταλλικών εξαρτημάτων από ΠΚ με μη καταστροφικό έλεγχο.
  • Τα ISO/ASTM 52908 & 9, για τη μετεπεξεργασία, τελική ποιότητα, έλεγχο σε μεταλλικά εξαρτήματα ΠΚ και τη σχέση τους με θέση και προσανατολισμό κατασκευής.
  • Το ISO/ASTM 52916 για ιατρικά δεδομένα και πρωτόκολλα ανταλλαγής τους για ιατρικές εφαρμογές ΠΚ.
  • Το ISO/ASTM 52920 για απαιτήσεις και προϋποθέσεις λειτουργίας εργοστασιακών χώρων ΠΚ.
  • Το ISO/ASTM 52931 & 2 για την υγιεινή και ασφάλεια περιβάλλοντος εργασίας που φιλοξενεί διατάξεις ΠΚ.
  • Τα ISO/ASTM 52926 και το ISO/ASTM 52937 για την πιστοποίηση χειριστών όλων των μεθόδων ΠΚ και των σχεδιαστών εξαρτημάτων για ΠΚ αντίστοιχα.

Σαν ένα παζλ, παλιά και νέα πρότυπα διαμορφώνουν σταδιακά έναν πλήρη χάρτη που θα καθορίζει συνολικά το ρόλο της ΠΚ στην παγκόσμια βιομηχανία και οικονομική δραστηριότητα, βασισμένο και οργανωμένο στο τρίπτυχο «Τεχνολογίες – Κλάδοι Εφαρμογής – Υλικά» .

Ελέγξτε επίσης

Συστήματα μέτρησης θερμοκρασίας βάσει αισθητήρων υπέρυθρης ακτινοβολίας

Άρθρο του κ. Σωτήρη Βούλγαρη* Με βάση τη θεωρία της Φυσικής, κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία …