Column in PT Industrieel Management: 'Digitale validatie en certificering'

Additive manufacturing vraagt een nieuwe aanpak van validatie en certificering Nanning de Jong schreef een column  in  PT Industrieel Management  over een nieuwe aanpak voor validatie en certificering die nodig is om additive manafucturing succesvol in de industrie te maken.

Additive manufacturing vraagt een nieuwe aanpak van validatie en certificering

Nanning de Jong schreef een column in PT Industrieel Management over een nieuwe aanpak voor validatie en certificering die nodig is om additive manafucturing succesvol in de industrie te maken.

Additive manufacturing (AM) is in de maakindustrie volwassen aan het worden wat betreft de toepassing in eindproducten. General Electric (GE) is daarin een koploper die er miljarden in investeert en op Nederlandse bodem zien we daar Additive Industries, Ultimaker en 3D Hubs ook succes mee boeken. GE produceert met metal additive manufacturing voor de motoren van Boeing 777 passagiersvliegtuigen sensorbehuizingen die in 2015 FAA gecertificeerd werden. Vorig jaar werden de eerste CFM LEAP vliegtuigmotoren geleverd aan Airbus met brandstofinjectoren die deels ook met metal additive manufacturing zijn gemaakt. Het zijn kritische veiligheidsonderdelen en hebben daardoor zware kwaliteitseisen en vereisen intensieve validatie en certificatie. Certificatie is dus al mogelijk voor AM geproduceerde onderdelen. Toch past conventionele validatie en certificatie niet goed bij de potentiële voordelen van de productie van kleine series door middel van AM. Zeker wanneer men de mogelijkheid van ‘kleine variaties’ maximaal wil gaan benutten. De business case voor enkelstuksproductie wordt ongunstig als de onderdelen toch in meervoud moeten worden geproduceerd om ze daarna destructief te testen. Daarom vraagt additive manufacturing een nieuwe aanpak van validatie en certificering (quality assurance) van onderdelen.

Digitaal valideren

Additive manufacturing introduceert nieuwe uitdagingen voor conventionele quality assurance. Engineers gebruiken vaak veel verschillende ontwerpprogramma’s achter elkaar voor een AM ontwerp. Optimalisatie van de functie (zoals topologie-optimalisatie) en maakbaarheid (zoals thermodynamische optimalisatie) van metal-AM zijn zo complex en bevatten zoveel rekenregels, dat ze voor mensen bijna niet te controleren zijn. Wat is bijvoorbeeld het effect van printen onder een hoek van 45 of 50 graden op de kwaliteit van een product? Daarnaast moet rekening worden gehouden met kostenoptimalisatie. Digitale validatie van het ontwerp en de productieparameters is noodzakelijk, om alle complexe optimalisaties al tijdens de ontwerp- en simulatiefase te analyseren op de kwaliteitsimpact. Zo ontstaat er een kortere, iteratieve feedbackloop dan met klassieke testen aan het einde van de productieketen. Er is langer grip op de kostprijs van het eindproduct en het risico op vertraging is lager.

Digitaal monitoren

Naast het digitaal valideren van het ontwerp is ook het digitaal monitoren en valideren van het procesverloop noodzakelijk. Daarbij gaat het om het traceerbaar maken van zowel het ontwerpproces als alle productie- en eindbewerkingsparameters. In welke softwareversies is in alle ontwerpstappen gewerkt? Zijn alle tussenontwerpen en simulaties vastgelegd? Op welke gevalideerde machine met welk gecertificeerd uitgangsmateriaal is geproduceerd? Op welke locatie en in welke oriëntatie in de machine werd het onderdeel geproduceerd? Waren alle simulaties en productieparameters binnen de normen? ... Deze berg ‘big data’ is kostbaar om in een papieren validatiesysteem vast te leggen, maar kan uitstekend geautomatiseerd worden. Met een goede procesmonitoring en validatie is destructief testen aan het einde van de productieketen waarschijnlijk te voorkomen en dat verbetert de business case van veel toepassingen.

Transitie

Veel AM-standaardisatie initiatieven, zoals SASAM, leggen momenteel de nadruk op gecertificeerde uitgangsmaterialen en productiemonitoring. Partijen als Sogeti werken aan nieuwe digitale testmethoden en -protocollen. Toch verwacht ik dat eerst een hybride tussensituatie zal bestaan. Hierin wordt een balans gevonden met bijvoorbeeld non-destructief testen en digitale registratietemplates aan de ene kant en conventionele kwaliteits- en certificeringsregels aan de andere kant. Organisaties als Lloyds en UL hebben dit soort hybride protocollen al uitgewerkt. Ik verwacht dat digitale quality assurance uiteindelijk zal verschuiven van centrale autoriteiten naar de producent zelf: heel lokaal en decentraal in de engineeringafdeling en op de productievloer. Decentrale systemen om betrouwbaar validatiegegevens vast te leggen en te beoordelen, zoals met blockchaintechnologie, worden de nieuwe standaard. Audits zullen niet meer handmatig worden uitgevoerd, maar digitaal en geautomatiseerd. Genoeg kansen om
de concurrentiekracht te vergroten. Maar hoe starten we daar dan mee? Bijvoorbeeld in een consortium om hier ervaring mee op te doen en een AM-product van nul tot digitaal gecertificeerd eindproduct te brengen? Zo kunnen we in gezamenlijkheid werken aan betere business cases voor gecertificeerde enkelstuks AM producten, passend bij de toegevoegde waarde die producenten in Nederland onderscheidend maakt op de wereldmarkt.