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『技术』可生产、可重复、可预测…… 量产中应用的3D打印技术需经历哪些认证“关卡”？


增材制造技术进入到产业化应用阶段所面临的挑战之一是如何获得相关应用行业的认证 ， 如航空航天领域的适航认证 。
而认证不仅是对用增材制造技术制造出来的最终3D打印零件进行认证（certification） ， 还涉及包括增材制造设备、材料、软件、工艺在内的整个增材制造过程的资质(qualification)认定 。 可见 ， 认证涉及到零件生产商和增材制造设备供应商两个层面 。 那么 ， 3D打印零件进行认证时需要考虑到哪些因素 ， 增材制造设备供应商能够为此提供什么支持呢？
本期 ， 3D科学谷分享是增材制造工程咨询企业Barnes Group Advisors与粉末床激光金属3D打印设备供应商VELO 3D 对3D打印零件认证工作的看法与部分经验 ， 借此对以上问题进行探讨 。
增材制造产业化的“必修课”
【『技术』可生产、可重复、可预测…… 量产中应用的3D打印技术需经历哪些认证“关卡”？】 认证与资质
认证（certification）是指零部件符合设计意图 ， 并且也适合在机械系统中的使用 。 例如 ， 某个零部件可能满足其设计者指定的所有设计标准 ， 然而这并不意味着按照该设计进行生产的零部件 ， 在装配到机械中以后每个都能够正常运转 。 无论是航空航天 ， 医疗 ， 石油和天然气 ， 还是其他监管程度较低的制造行业 ， 总会存在一定程度的要求 。 独立的认证机构将审查制造商所提供的数据 ， 并证明该制造商所生产的零部件是否适合在飞机 ， 汽车或其他机械中使用 。
资质（qualification）涉及到支持制造商获得零部件认证的关键过程 ， 其中不仅包括进行零部件3D打印所需的设备、材料以及工艺 ， 还包括整个增材制造过程 。
零部件认证的“五大支柱”
零部件认证可以借助约翰·W·“杰克”·林肯提出的飞机结构完整性一般原则“五大支柱” 进行概括 。
『技术』可生产、可重复、可预测…… 量产中应用的3D打印技术需经历哪些认证“关卡”？
本文插图
约翰·W·“杰克”·林肯提出的“五大支柱” 。 来源：Barnes Group of Advisors
第一个支柱-要求和设计标准（Requirements & Design Criteria ） 。 零部件的设计可能美观大方 ， 但是如果装配在机械中不能满足既定的性能要求 ， 则没有任何意义 ， 也就是说如果一个零部件无法完成它的“本职工作” ， 则不会获得认证 。
第二个支柱-可生产性（Producibility） 。 这是个关键阶段 ， 具有可生产性意味着 ， 在不产生过多报废和返工的情况下 ， 进行零件的制造 。
与可生产性密切相关的是第四个支柱-稳定性 ， 稳健性和可重复性（Stability, Robustness, and Repeatability） ， 这实质上意味着生产中的每个零件都符合用于初始认证的零件所展示的要求 。
第三和第五个支柱是零件的特性（Characterized Properties）和性能的可预测性 （Predictability of Performance） ， 这意味着材料特性和材料与工艺参数之间的关系已得到很好的理解 ， 设计人员可以放心地使用性能数据来设计零部件 。
增材制造零件认证中的挑战
在传统的制造工艺中 ， 材料与工艺之间的关系是众所周知的 ， 数据已经存在了很多年 ， 而且零件已经使用了很长时间 。 因此 ， 对这些过程的信心很高 。 而增材制造不如传统工艺成熟 ， 针对增材制造零件认证 ， 需要更多的数据来支持“五大支柱”中所概括的内容 。
增材制造与传统制造在零件认证方面存在不同点 ， 传统制造的零件认证经常使用统计机械特性（即A ， B和S基允许值）来支持性能的可预测性 。
已有很多制造商在进行金属3D打印零件的认证 ， 这是证明某种零件是适合某种机械系统使用的一个途径 。 但就整个增材制造领域而言 ， 目标是朝着获得整个增材制造过程资质的方向发展 ， 也就是具有资质的增材制造过程被认为是稳定、 稳健的、可预测的 ， 通过增材制造过程能够制造多种获得认证的3D打印零件或零件家族 。


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