Спустя десять лет работы SAE над стандартами AMS AM Билл Бильман анализирует прогресс, проблемные вопросы и пути к более широкому внедрению в аэрокосмической отрасли.

Этим летом SAE отметило 10-летие своего комитета по аддитивному производству. Его весьма успешный путь, а также ключевые достижения в области аддитивного производства (АП), описаны ниже. Комитет SAE AMS AM продолжает давнюю традицию разработки передовых материалов для аэрокосмической отрасли. Это соответствует 120-летней миссии организации — «объединять и обучать инженеров» для развития мировой индустрии мобильности.

Стандарты SAE для аэрокосмических материалов

Зарождение авиации связано с некоторыми из самых интригующих глав нашего вечного поиска технологий – экспериментами бразильского инженера Сантоса-Дюмона во Франции, Лилиенталя в Германии и легендарных братьев Райт в США. Именно там, в велосипедной мастерской в ​​Огайо, Орвилл и Уилбур умело применили свой инженерный талант. Они объединили основы механики с элементарным пониманием аэродинамики, чтобы построить деревянный летательный аппарат тяжелее воздуха. Увы, первый полёт длился всего 12 секунд. Но так родилась авиация. Это было в 1903 году.

Почти десять лет спустя, когда здоровье Уилбура ухудшилось, он попросил брата активно вовлекать молодое авиационное сообщество в продвижение этой новой технологии. В 1916 году Орвилл организовал в Филадельфии встречу с другими известными пионерами авиации, такими как Элмер Сперри, Джимми Дулиттл и Гленн Мартин, чтобы основать Авиационное отделение Общества автомобильных инженеров (SAE). Примерно в то же время правительство США сформировало Национальный консультативный комитет по аэронавтике (NACA) – предшественника NASA .

Общество SAE было основано в 1905 году, вскоре после первого полёта братьев Райт. Амбициозной целью Общества было содействие открытому обмену информацией между инженерами. В то время в США насчитывалось более 40 производителей оригинального оборудования для автомобилей (OEM). Многие из них с трудом решали общие проблемы проектирования. Одним из решений стали технические стандарты, основанные на консенсусе. В результате SAE опубликовало свой первый стандарт в 1912 году, а через несколько лет – свой первый авиационный стандарт. С тех пор SAE International превратилась в одну из крупнейших (и старейших) в мире организаций по разработке технических стандартов (SDO).

Еще несколько важных вех прошлого века:

* 1926 – Правительство США принимает Закон о воздушной торговле, чтобы обеспечить безопасность авиаперевозок.

* 1927 – SAE награждает медалью братьев Райт за лучшую техническую статью по авиации

* 1939 г. — SAE выпускает свою первую спецификацию аэрокосмических материалов (AMS), помогая снизить требования к стандартам компании

* 1950-е годы – значительный прогресс в области аэрокосмических сплавов, а именно алюминия, закаленных сталей, суперсплавов и титана

* 1961 – количество документов в AMS превысило 1000, что стало результатом быстрого развития в течение предыдущего десятилетия.

* 1990-е годы – SAE наследует многие военные стандарты США (через реформу Перри), теперь их число превышает 1500 документов

Рассвет аддитивности

С момента своего появления в 1980-х годах аддитивное производство прошло путь от примитивных систем стереолитографии со светоотверждаемой смолой и экструдеров для полимерных нитей с одним соплом (оба использовались для быстрого создания прототипов) до многолазерных установок для нанесения металлического порошка на слой, которые позволяют изготавливать топологически сложные промышленные детали.

В контексте аэрокосмической промышленности аддитивное производство обеспечивает исключительно оптимизированный баланс между эксплуатационными характеристиками детали (прочностью, жёсткостью и долговечностью) и её массой. Естественно, свойства определяются химическим составом и микроструктурой детали, которые, в конечном счёте, определяются условиями обработки. Поэтому стандарты как материалов, так и технологических процессов имеют решающее значение.

Использование новых материалов для деталей, критически важных для полёта, требует обширного эмпирического обоснования. Это может быть слишком затратно. Например, создание базы данных «допустимых проектных значений» (массовых материалов), одобренной Федеральным управлением гражданской авиации (FAA), для сплава может обойтись в миллионы и потребовать многолетних испытаний и анализа. Квалификация материалов для газовой турбины ещё более затратна из-за испытаний при повышенных температурах и необходимости понимания ползучести и малоцикловой усталости.

Отсутствие четко определенного производственного процесса и характеристик исходного сырья серьезно затрудняет внедрение аддитивного производства. Тем временем, FAA и его европейский аналог, EASA, все чаще обращаются к отраслевым консенсусным стандартам для поддержки регулирования посредством «Средств соответствия» (MoC). Комитет SAE AMS AM был создан для объединения широкого круга заинтересованных сторон, необходимых для решения этих новых проблем.

SAE AMS AM

В 2015 году организация SAE International отреагировала на письмо-задание FAA по разработке руководств и стандартов для АМ-материалов, создав комитет SAE AMS AM. В состав комитета входят более 600 членов из 27 стран. Члены комитета представляют авиакомпании, производителей оригинального оборудования для аэрокосмической отрасли и различные организации, участвующие в цепочке поставок АМ-материалов, необходимых для разработки, производства, испытаний и обслуживания воздушных судов. Кроме того, в работе комитета активно участвуют FAA, Министерство обороны США (DoD), NASA и EASA.

AMS AM рассматривает спецификации материалов и процессов для металлов, неметаллов и ремонтных работ. Этот широкий спектр документов включает в себя такие сведения, как квалификация оборудования, повторное использование металлического порошка и мониторинг процесса на месте. В каждом подкомитете действуют специальные рабочие группы, которые регулярно встречаются для обсуждения достоинств соответствующих критериев инженерного и/или производственного качества. Этот процесс достижения консенсуса является эффективным и опирается на широкое согласие заинтересованных сторон.

На сегодняшний день AMS AM опубликовала 43 документа по PBF, DED, холодному напылению и полимерному FFF. Это включает шесть пересмотренных документов, которые комитет вносит в них своевременные замечания от отрасли. Ещё 60 документов находятся в процессе разработки.

Комитет также тесно сотрудничает со справочником «Разработка и стандартизация свойств металлических материалов » (MMPDS) для металлов и «Справочником по композитным материалам-17» (CMH-17) для композитов. Кроме того, SAE тесно сотрудничает со своим филиалом, Институтом анализа производительности (PRI), для обеспечения качества и эффективности во всей производственной экосистеме через Nadcap .

Экосистема SAE AM

В аэрокосмической промышленности крупные поставщики фактически обязаны поддерживать отраслевую систему менеджмента качества (СМК), такую ​​как AS9100 и AS13100 SAE, и/или Nadcap. В большинстве случаев состав участников этих популярных программ и комитета SAE AMS AM во многом совпадает.

За последние два года Nadcap разработал критерии аудита предприятий для металлических PBF и DED . Эти согласованные контрольные списки направлены на повышение эффективности и снижение затрат аккредитованных поставщиков. Двадцать пять производителей оригинального оборудования уже участвуют в работе этой рабочей группы.

Наконец, SAE и её партнёры оценивают реестр поставщиков, чтобы гарантировать качество деталей. Долгосрочная цель — список квалифицированных производителей (QPL), аналогичный программе SAE по композитным материалам на основе углеродного волокна.

Взгляд в будущее

Консенсусные стандарты вносят важнейший вклад в качество и безопасность воздушных судов. Они также могут значительно снизить затраты и повысить эффективность за счёт согласования разрозненных корпоративных схем и систематизации передового отраслевого опыта. В современных условиях регулирования стандарты приобретают ещё большую важность, поскольку правительства продолжают рационализировать расходы на НИОКР в авиационной отрасли.

SAE International уже более века является важным партнёром в аэрокосмической отрасли. Её отраслевые документы AMS являются фактическим стандартом для авиационных материалов, известным своей эмпирической строгостью и технической целостностью. Однако разработка (и поддержание) адекватных руководств — нетривиальная задача, особенно в условиях продолжающегося развития аддитивного производства.

Комитет AMS AM — лишь один из более чем 180 технических комитетов SAE International, каждый из которых усердно трудится над созданием устойчивых спецификаций качества. Это серьёзная задача в быстро меняющемся мире. Тем не менее, организация полна решимости и привержена поддержанию AMS в качестве мирового стандарта качества.

Источник