美國3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖所揭示的26個當(dāng)前設(shè)計短板

2017年3月3日，南極熊報道，《美國3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》最終版.PDF已經(jīng)發(fā)布標(biāo)，準(zhǔn)化對行業(yè)的健康發(fā)展起到積極作用，不僅僅是可以潤滑上下游產(chǎn)業(yè)鏈的溝通，還可以啟示企業(yè)如何錯位競爭。美國增材制造創(chuàng)新中心（America Makes）在積極的加速增材制造的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用轉(zhuǎn)化。這方面他們通過將整個行業(yè)的生態(tài)圈，從上游到中游，下游以及用戶端邀請在一起切磋需求與短板，可以說市場需求是制定各項標(biāo)準(zhǔn)與政策的基礎(chǔ)。

接下來我們一起來了解美國增材制造創(chuàng)新中心（America Makes)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)中心（American National Standards Institute)所剛剛發(fā)布的增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖所探討的當(dāng)前增材制造行業(yè)所面臨的設(shè)計方面的26個當(dāng)前短板，感受他們關(guān)于大標(biāo)準(zhǔn)化的視野。

Gap 1 決策支持：增材制造vs減材制造
當(dāng)前缺乏一個標(biāo)準(zhǔn)來判斷在制造一個零件的時候是通過增材制造還是減材制造更具優(yōu)勢。

Gap 2 決策支持：增材過程
當(dāng)前缺乏對不同的3D打印技術(shù)優(yōu)劣之處深入刻畫的標(biāo)準(zhǔn)，這使得設(shè)計者缺乏判斷應(yīng)該采用哪種3D打印技術(shù)。ASTM與ISO正在開發(fā)《WK38342為增材制造而設(shè)計的新指南》，然而，除此之外，還需要更加細(xì)化的針對每個加工要求所對應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)。

Gap 3 具體工藝設(shè)計指南
ASTM與ISO開發(fā)了關(guān)于PBF技術(shù)的具體工藝設(shè)計指南。還有其他6個技術(shù)缺乏工藝設(shè)計指南。

Gap 4 具體應(yīng)用設(shè)計指南
當(dāng)在某些具體的增材制造應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)相對成熟的時候，最好的加工工藝應(yīng)該被記錄下來。

Gap 5 定制化指南
不同制造商的設(shè)備加工出來不同的結(jié)果，工藝與應(yīng)用之間的指南的確提供了一定的參考幫助。但還需要額外的指南來幫助理解如何調(diào)整和具體化參數(shù)來滿足個體要求。

Gap 6 軟件工程、機器可讀的指南
ASTM標(biāo)準(zhǔn)委員會的F42專委會正在支持開發(fā)《WK54856為增材制造設(shè)計規(guī)則的原則》。

Gap 7 新的表面處理能力
需要一種設(shè)計指南來詳述新的表面處理工藝。

Gap 8 設(shè)備產(chǎn)能報告
需要一個標(biāo)準(zhǔn)來記錄設(shè)備消耗與產(chǎn)能以決定制造靈活性。

Gap 9 增材制造仿真基準(zhǔn)代碼/零件需求
需要一個關(guān)于具體化工藝的增材制造基準(zhǔn)模型，包括零件的要求與工藝仿真工具之間的相互確認(rèn)。

Gap 10 為組裝而設(shè)計
為制造和組裝而設(shè)計(design formanufacturing and assembly-DFMA)需要通過不同的參數(shù)設(shè)置組合來考慮支撐部分的復(fù)雜性，去除時間，后處理的復(fù)雜性以及制造時間，質(zhì)量。

Gap 11 設(shè)計結(jié)構(gòu)性電子
需要有一種標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范3D打印結(jié)構(gòu)性電子

Gap 12 醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：原始數(shù)據(jù)（CT,MRI,超聲），圖像的一致性
目前沒有一種流程可以保證將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成三維模型的時候是準(zhǔn)確無誤的，如何保證準(zhǔn)確性大多靠經(jīng)驗積累，需要將最好的做法上升為可參考的框架體系。

Gap 13 醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：數(shù)據(jù)處理，圖片處理以及2D轉(zhuǎn)3D
骨組織、軟組織和血管結(jié)構(gòu)通過分割過程分離。這種分割過程并不是半自動的而是手動編輯的。建模的準(zhǔn)確度依賴于如X射線劑量、圖像操作能力、灰度分辨率以及高分辨率的2D到3D的轉(zhuǎn)換算法等因素。

Gap 14 醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，為便于清潔而設(shè)計
醫(yī)療零件，必須清洗制造殘留物。尤其是對于病人接觸的設(shè)備，這種清洗必須允許設(shè)備通過生物反應(yīng)性測試，包括細(xì)胞毒性和炎癥。殘留在部件上殘余可能包括冷卻液，或者粉末等等都需要被清除，而不是還殘留在復(fù)雜的幾何形狀內(nèi)部，包括那些晶格。

Gap 15 醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，測試試樣
醫(yī)療零件，尤其是那些含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，包括晶格設(shè)計，以及在納米尺度上進(jìn)行的表面拓?fù)湓O(shè)計，這些都對測試帶來極大挑戰(zhàn)。而目前缺乏在一個批次生產(chǎn)中如何決定測試試樣的標(biāo)準(zhǔn)。

Gap 16 醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，功能梯度材料驗證
對于復(fù)合材料與復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料特性標(biāo)準(zhǔn)（包括剛性、密度、熱傳導(dǎo)性等等）這些功能梯度材料驗證的標(biāo)準(zhǔn)還沒有建立。

Gap 17 設(shè)計歸檔：技術(shù)數(shù)據(jù)包內(nèi)容（Technical Data Package-TDP）
技術(shù)數(shù)據(jù)包內(nèi)容是指提交給供應(yīng)商的數(shù)據(jù)信息，目前還缺乏這樣的框架來指導(dǎo)如何在關(guān)于材料、加工工藝、后處理等環(huán)節(jié)上加以控制，達(dá)到加工出一致性與高質(zhì)量的產(chǎn)品。

Gap 18 設(shè)計歸檔：新的尺寸和公差
ASME Y14.41已經(jīng)提供了一些在設(shè)計方面的存檔要求，正在開發(fā)的ASME Y14.46將更加具體化關(guān)于尺寸和公差的標(biāo)準(zhǔn)。

Gap 19 設(shè)計歸檔：圖表架構(gòu)的要求
需要一個圖表來幫助組織增材制造過程的產(chǎn)品數(shù)字化描述，來顯示當(dāng)前是如何確認(rèn)加工工藝共識以及如何傳遞一致性的數(shù)據(jù)內(nèi)容與構(gòu)架。

Gap 20 設(shè)計歸檔：中立的建構(gòu)格式
當(dāng)使用不同的設(shè)備生產(chǎn)商的設(shè)備的時候，很多參數(shù)是不通用的，需要建立一種行業(yè)規(guī)范，不管是哪個設(shè)備生產(chǎn)商生產(chǎn)的設(shè)備，都能夠接受一些共同的文件格式。

Gap 21 設(shè)計歸檔：設(shè)計文件里的新術(shù)語
雖然一些增材制造的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語已經(jīng)確認(rèn)了，他們目前并不包含特定應(yīng)用情況下的術(shù)語。

Gap 22 設(shè)計歸檔：過程中監(jiān)測
目前沒有對過程中檢測與控制的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型與歸檔。

Gap 23 設(shè)計歸檔：新的功能性表面特征
對于新的表面處理工藝，需要對設(shè)計文檔具體的要求加以規(guī)范。

Gap 24 設(shè)計歸檔：交接規(guī)范描述
對于一個增材制造零件需要從第三方交接過來的具體規(guī)格說明。

Gap 25 設(shè)計的驗證和確認(rèn)：數(shù)字零件設(shè)計的配置控制
增材制造零件與他們的數(shù)字定義直接相關(guān)，在修改一個設(shè)計的時候，需要其他相關(guān)信息，包括數(shù)字處理過程的參數(shù)定義，軟件版本等等。

Gap 26 增材制造特征的測量,驗證設(shè)計的功能如晶格設(shè)計
Gap 18中提到關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化尺寸與公差(GD&T)的努力正在進(jìn)行，現(xiàn)存的測試零件一致性的V&V方法需要與GD&T規(guī)范結(jié)合起來使用。這些規(guī)范將可能對例如螺旋結(jié)構(gòu)這樣復(fù)雜的設(shè)計提供測量方法，以及用于像當(dāng)前Go/NoGo以及CMM難以測量的設(shè)計。檔需要測量內(nèi)部設(shè)計的時候，包括超聲以及射線的方法將被用于高公差確定。

來源：3D科學(xué)谷
延伸閱讀：
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