Klas Boivie, Seniorforsker på Sintef Raufoss Manufacturing AS, er flerfoldig engasjert i utviklingen av industrielle standarder for additiv tilvirkning (som er det tekniske navnet for 3d-print), gjennom flere organisasjoner, basert både i Europa og i USA. Han har på ett eller annet vis vært delaktig fra starten innen både ASTM (startet i 2009) og ISO (startet i 2011) og ser en tydelig nytte med det arbeidet som bedrives.
– Det viktigste målet er å få til enhetlige, internasjonale standarder ettersom de bidrar til at additiv tilvirkning kan fungere som en produksjonsprosess i industrielt sammenheng, sier Klas Boivie. Når produksjonen går fra prototyper til skarpe produkter er det viktig med standarder som presiserer forutsetninger og kriterier for tilvirkning og salg av industrielle produkter.
Flere standardiseringsorganer rundt om i verden bedriver standardiseringsarbeid innen additiv tilvirkning idag. I Sverige er det f.eks. SIS og den nasjonale tekniske komitéen TK563. Denne deltar også i det internasjonale samarbeidet innen ISO der TC261 er den tekniska komiteen for området «Additive Manufacturing». Parallellt med ISO virker USA-baserte ASTM International, som visselig inkluderer deltakere fra hele verden, men der medlemsbasen helt klart domineres av deltakere fra Nord-Amerika.
Organisasjonene og måten å arbeide på ser litt annerledes ut. ISO bygger på samvirken mellom ulike lands nasjonale standardiseringsorganisasjoner, som SIS i Sverige, DIN i Tyskland, BSI i Storbritannia og UNM i Frankrike (m.fl.). ASTM bygger på individuelt medlemskap for hvert foretak eller organisasjon. Det gjør at arbeidet der drives frem av hva medlemmene, og i spesielt hva innflytelsesrike foretak og organisasjoner synes er viktig. Beslutninger fattes for en stor del gjennom direkte avstemminger. På denne måten blir det relativt lett å raskt få frem nye standarder, men det gjør også at et mektig foretak eller organisasjon kan få en veldig stor innflytelse i en komite og på de standarder som utvikles.
ISO bygger på samvirke mellom ulike nasjonale komitéer, hvilket muligens gir et mer tungrodd system. Først settes det ned en arbeidsgruppe som skal utvikle et standardiseringsforslag. Deretter sendes dette på remiss til øvrige i den internasjonale komitéen. Dette returneres med synspunkter, omarbeides og sendes tilbake for videre gransking i de ulike nasjonale komitéene. Sluttelig blir det avstemming, der hver nasjonale komité har en stemme. Arbeidet tar ofte lengre tid sammenliknet med ASTM, men samtidig innebærer det at den standarden som er utviklet har gått igjennom en meget nøye gransking, både innen ISO-komitéen og de ulike nasjonale komitéene. Men viktigst av alt er at ISO og ASTM har inngått en unik avtale om samarbeid og utvikling av felles internasjonale standarder for additiv tilvirkning.
– Samarbeidet har kommet til etter ett krav fra aktører i begge organisasjoner, og det viser hvor viktig industrien anser att additiv tilvirkning er. Det viser også at en enhetlig global standard er av fundamental betydning for teknologiens videre utvikling.
De standarder som nå utvikles for additiv tilvirkning innen ISO faller under navnet ISO/TC 261, der TC står for teknisk komité. For tiden handler det om fire distinkte områder, hver og en har sin arbeidsgruppe (WG) sammensatt av eksperter som har blitt nominert av respektive nasjonale komitéer. Tyske DIN holder i ordførerskapet og sekretariatet for TC 261, og de ulike arbeidsgruppene er organisert i henhold til:
WG1: Terminologi: ledelse og sekretariat av SIS (Sverige).
WG2: Metoder, prosesser og materiale: ledelse og sekretariat av DIN (Tyskland)
WG3: Testmetoder, ledelse og sekretariat av UNM (Frankrike)
WG4: Databehandling: ledelse og sekretariat av BSI (Storbritannia)
1. TERMINOLOGI
Dette området har Sverige ansvar for. Ordfører for arbeidsgruppen er Klas Boivie. Han er også ordfører i den svenske komitéen TK 563, der øvrige medlemmer er Arcam, Digital Metal, Scania CV og Stockholms universitet.
Det er ingen tilfeldighet at terminologiarbeidet ligger i arbeidsgruppe 1. I begynnelsen av 2000-tallet, før ISO-, og ASTM-arbeidet hadde blitt påbegynt, hadde den tyske ingeniørorganisasjonen VDI utviklet en veiledning og retningslinjer for de vanligste bruksområdene på den tiden, med typiske begrep som rapid prototyping og rapid manufacturing. Men den raske tekniske utviklingen som har skjedd innen additiv tilvirkning har gjort att mange av begrepene allerede er foreldet. Derfor besluttet man seg for å rydde opp i begrepsverdenen og utforme en felles, mer robust og entydig terminologi. Dette var noe med det første man skulle gjøre før man kunne påbegynne øvrige standardiseringer.
– Hele terminologien fra konseptet med rapid-tilvirkning er i høy grad misvisende. Om du skal tilvirke enkle former som plastkopper så går det ikke så «raskt» sammenliknet med alternativene slik som ordet «rapid» uttrykker. Her er tradisjonell formsprøyting eller liknende den raskeste produksjonsmetoden. Rapid gir feil assosiasjoner og vårt første steg var å få orden på dette.
– Et annet eksempel er faktisk selve begrepet 3d-print. Fra begynnelsen var 3d-print navnet på en spesifikk prosess som ble patentert av MIT på 1980-tallet. Siden kom begrepet til å bli koplet sammen med alle prosesser der man benytter et skriverhode for å legge ut, eller binde sammen materiale. Ettersom mange av de systemene var relativt enkle og billige kom begrepet også til å bli brukt om alle de maskinene som kunne benyttes på kontor eller i hjemmemiljøer akkurat som en skriver for tekst og bilder på papir.
– Nå når den delen av markedet har fullstendig eksplodert i senere år har begrepet 3d-print blitt så allment kjent at de aller fleste ser det som et navn på hele teknikkområdet. Men de aller fleste industrielle systemene anvender seg av helt andre teknikker, og lager produkter som er vesentlig adskilt fra det som kan produseras med de opprinnelige 3d-printerne. Ettersom tekniske termer må være både så presise og allmengyldige som de begrepene de skal representere, blir det problematisk å benytte navnet på en spesifikk prosess på et område som innbefatter så manga flere og helt annerledes teknikker.
– Den minste fellesnevneren som man har kunnet enes om er at alle teknikker baseres på at de legger til materiale, og derfor kom man frem til samlebegrepet additive manufacturing.
– Fra mitt tidligere arbeid med terminologiutviklingen innen ASTM dro jeg konklusjonen at det behøvdes en mer gjennomtenkt struktur på hvordan man legger opp terminologien og et logiskt resonnement. Det går ikke bare å ta ord som har kommet opp i bransjen og mange ord gir ulik oppfatning på ulike språk. Dels arbeider vi fra bunnen for å legge opp en struktur, der vi passer inn eksisterende begreper og definisjoner fra ASTM og ISO så langt det er mulig, dels kompletterer vi å utvikle nye termer og definisjoner når det blir nødvendig.
Gruppen har sendt ut en første komitéavstemming, ”committee draft”, som har gått opp til første remissinstans og remissvarene har kommet inn. Det har dog blitt fattet en beslutning om fordypet samarbeid mellom ASTM og ISO, noe som skal munne ut i en harmonisert standard som skal støttes av begge organisasjonene. Det har også blitt satt ned en felles arbeidsgruppe for terminologi. I denne pågår nå et arbeid med å se over og slå sammen begge standardene til å bli en felles. Terminologistandarden kommer med største sannsynlighet til å bli klar for godkjenning nå i løpet av våren.
2. METODER, PROSESSER OG MATERIALE
Dette området har tyske DIN ansvaret for. Man har utviklet et dokument som beskriver de ulike grunnleggende prosesskategoriene for additiv tilvirkning, og hvilke materialer som disse kan prosessere. Dette dokumentet har passert det første steget, og er på vei gjennom systemet for godkjenning via ulike remissinstanser der alle de nasjonale komitéene kan komme med sine synspunkter.
Det siste steget er publisering som standard, hvilket er planlagt til 16. februar 2015.
3. TESTMETODER
Utviklingen av standarder for test av materialer og produkter ledes av franske UNM. Det handler for eksempel om hvilke karakteristika disse skal ha og hvordan man måler deres egenskaper.
Også innen dette området har det blitt satt sammen en felles arbeidsgruppe mellom ISO og ASTM, der man skal utvikle en standard for å spesifisere krav og egenskaper for produkter som tilvirkes for salg. Gruppen heter «Joint Group on Requirements for Purchased Parts«. Dette arbeidet tar dessuten opp ansvarsspørsmålet i en produksjonskjede.
– Så lenge markedet hovedsakelig handlet om prototyper og enkeltstående, unike produkter, var det i de fleste tilfeller tilstrekkelig med en overenskommelse mellom leverandør og kunde. Men skal man ha et fungerende marked med flere konkurrerende aktører må det finnes tydelig spesifikasjoner om hva som leverandøren egentlig tilbyr og hva kunden da kan forvente seg. Och når det handler om leveranse av kritiske komponenter for eksempel til flyindustrien er det helt avgjørende at man har avklart fra starten hvem som har ansvar for hva.
4. DATABEHANDLING
Denne gruppen ledes av britiske BSI. All moderne additiv tilvirkning går ut fra en digital modell, og da er det naturligvis fundamentalt at det finnes en standard som gjør at den kan kommuniseres mellom ulike CAD-systemer og den maskinen som skal bygge modellen. Fra starten ble STL-formatet utviklet for stereolitografi, som var den første moderne additiva tilvirkningsteknikken. STL har siden da i prinsippet fungert som standard for hele teknikkområdet. Det er et relativt enkelt format og fungerer bra for å overføre relativt ukompliserte geometrier. Men når det kommer til å representere andre egenskaper enn bare den grunnleggende geometrien – farge, materialegenskaper, teksturer og gjentagende kompleksitet i geometrien (for eksempel tredimensjonale nettverksstrukturer), blir STL stadig mer en begrensende faktor.
– Det går an med litt triks å få inn farger, men å variere materialer eller skape komplekse lattice-strukturer – det blir store og uhåndterlige filer.
Dette problemet fikk oppmerksomhet som noe som behøvde å gjøres noe med allerede når standardiseringsarbeidet ble initiert. Derfor satte amerikanske ASTM allerede fra starten ned en arbeidsgruppe som skulle utvikle et nytt format uten disse begrensningene. Det har munnet ut i det nye filformatet AMF, Additive Manufacturing File Format. Det har støtte for farger, ulike materialer i en og samme produksjon samt komplekse strukturer, selv strukturer inni en geometri. Ettersom AMF er både en betydelig bedre teknisk løsning og allerede var tilgjengelig, ble ISO og ASTM enige om at AMF skulle høyprioriteres som en felles standard. Gjennom en såkalt «fast track»-prosess har AMF blitt godkjent som den første felles ISO-ASTM-standarden.
– Dessverre brukes AMF ennå ikke i så høy utstrekning som vi ønsker. Årsakene er flere. Langt fra alle CAD-systemene kan lagre i AMF-formatet. Mye av de egenskaper som kan representeres innen AMF er vanskelige eller umulige å cadda med dagens systemer. Det blir litt som høna og egget – for å kunne utnytte fordelene med AMF må man kunne cadde dem, men så lenge man ikke kan det så finnes det liten grunn til å bytte fra STL, og så lenge som STL dominerer er det ingen grunn til å gjøre det mulig å cadde de egenskaper som skulle kunne overføres gjennom AMF-fomatet.
[divider scroll_text=»»]
ORDLISTE
• ISO/TC: ISO Technical Committee. Alle ISOs komitéer forkortes TC.
• WG: Working Group. Alle ISOs arbeidsgrupper forkortes WG.
• ASTM, American Society for Testing and Materials: En standardorganisasjon i USA.
• DIS = Draft International Standard, når ISO remissbehandler standardforslag kalles de ISO/DIS.
• CD = Committee Draft, når den internasjonale komitéen stemmer internt innad i komitéen, før remissen
