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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”？( 二 )


增材制造设备商能为认证做什么？
在零部件认证“五大支柱”中 ， 首先与增材制造设备制造商相关的是第二个支柱-可生产性 。
虽然说3D打印技术对于产品的复杂性不敏感 ， 能够制造传统工艺所不能实现的复杂结构 ， 但各种不同3D打印技术也存在着对于设计的限制 ， 3D打印技术也不是万能的 。 以选区激光熔化金属3D打印工艺为例 ， 该工艺中存在一个“45度规则” ， 在设计时需要尽量设计大于45度角的结构 ， 从而最少化零件支撑结构的使用 。
不过随着设备和面向增材制造的设计技术的发展 ， 选区激光熔化3D打印技术的可生产性得到了扩展 ， 比如说VELO 3D的智能熔化金属3D打印系统 ， 可以在不需要支撑的情况下打印角度低至10度的零件特征 。 这些变化将对制造实际可以生产的3D打印零件产生积极的影响 。
在应对认证的第三支柱-零件的特性方面 ， VELO 3D 与 Barnes Group Advisors合作开展了相关研究 。 以下图表显示了他们对Inconel 718 材料3D打印、铸件和锻造材料之间所做的比较 。 除此之外 ， 他们还研究了统计机械特征 ， 或整个数据集中机械概率的稳定性 。
『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
对Inconel 718 材料的研究 。 来源：Barnes Group of Advisors
他们查看了来自五台不同3D打印设备的数据 ， 这些设备打印了两个激光路径 ， 总共有10条不同的激光路径和大约100个样本 ， 并检查了统计数据存在的变化 。 在这项研究的抽样零件中 ， 有99.7％处于屈服强度、极限抗拉强度和延伸百分比的指定水平内 。
稳定性 ， 稳健性和可重复性是零件认证的第四个支柱 。 对于用于生产的金属3D打印技术而言 ， 保证同样一个设计在下一次打印时能够获得同样的质量 ， 即质量的可重复性 ， 是非常关键的 。
通常3D打印设备会每三到六个月由现场服务工程师进行一次校准 ， 但在两次校准之间 ， 设备处于什么状态是难以确定的 。 VELO 3D 计划实现设备的原位校准 ， 即在每次打印之前通过“单击操作界面”进行校准 ， 以此来保证打印时设备处于良好状态 。
认证的第五个支柱是性能的可预测性 。 VELO 3D 对这一点的应对策略是 ， 通过软件实现实时的打印质量监控 ， 如实时计量与零件孔隙率相关的因素 ， 孔隙率是引起金属3D打印零件缺陷和不良机械性能的主要原因之一 。 根据3D科学谷的市场观察 ， VELO 3D 开发了Assure 质量保证和控制系统 ， 作用是确保提供批量生产所需的零件质量 ， 该系统可以检测过程异常 ， 对其进行标记 ， 并显示所需的纠正措施 ， 从而避免重复出现错误 。
增材制造技术在设备、工艺以及质量监控方面的发展 ， 将使制造用户的零件认证道路更加顺畅 。 无论是哪一种用于生产的工业级3D打印设备 ， 具有稳定性、可控性、可重复的打印过程 ， 对于支持其制造用户获得3D打印零部件认证都非常关键的 。
『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
获得认证的四个关键因素：制造设施、打印设备/工艺、零件 ， 批量验收 。 来源：Barnes Group of Advisors
除了硬件之外 ， 3D打印零件获得任何行业认证的过程都可以归结为数据 。 最困难的事情是首次使用新工艺对零件进行认证 ， 然而一旦有了已知的数据池 ， 并且有了一个已知的过程 ， 资格和认证过程就会快得多 。
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