前波音3D打印負責人：如何保障增材制造工藝的一致性？

南極熊導讀：3D打印具有明顯的個性化定制特性，但如果需要生產(chǎn)100件甚至1000件品質(zhì)相同的零件呢？一致性就顯得非常重要。
2022年4月15日，南極熊獲悉，前波音公司3D打印制造負責人、現(xiàn)任巴恩斯全球顧問Michael Hayes闡述了他對增材制造的一些看法。據(jù)他回憶，在波音任職期間，曾經(jīng)為航空航天工業(yè)生產(chǎn)了數(shù)百款3D打印零件。他分享了對于如何保障增材制造工藝一致性的觀點。未來的企業(yè)或許將更多的精力用于關(guān)注數(shù)據(jù)的獲取，以及如何獲取航空3D打印部件的認證。

△3D打印結(jié)構(gòu)件示意圖。圖片來自Goolge

我們?nèi)コ钥系禄?，覺得味道很統(tǒng)一。但是，如果有一天你突然發(fā)現(xiàn)與之前吃過的味道不一樣了怎么辦？不知何故，漢堡的質(zhì)量一致性出現(xiàn)了問題。所以，這家店有可能因為品質(zhì)不一，而失去你這樣一個客戶。

這個比喻與3D打印又有什么關(guān)系呢？漢堡需要始終如一的味道，而制造業(yè)也同樣希望3D打印供應商，可以提供品質(zhì)如一的零件。

讓我們回顧一下3D打印的歷史，打印的一致性為何如此重要。該技術(shù)的根源優(yōu)勢在于“快速原型設計”。原型設計一詞意味著一次性生產(chǎn)，而不是“真正的”批量生產(chǎn)。

早期的增材制造技術(shù)可以很好的滿足原型設計需求，用戶可以忍受一個打印好的，而有兩個是廢棄的。然而，原型這個詞也有負面含義——“原型設計”這個詞往往意味著費用支出，而不是收入。原型是獲得最終產(chǎn)品的步驟之一。這一步還不能成為真正意義上的商品。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，最終被ASTM F42小組委員會正式命名為增材制造?！爸圃臁币辉~暗示它將提供商品銷售、收入。但問題在于，僅僅叫“制造”它還不一定是真正的商品，因為制造可以帶來實際效益。

△3D打印用于火星探測器“毅力號”的一些結(jié)構(gòu)件展示

在過去的20多年里，我一直專注于增材制造的生產(chǎn)及應用，我有機會與許多3D打印公司合作。他們中的一些人成功地將他們的發(fā)明、想法或公司推向市場，成為各自行業(yè)的領(lǐng)導者。但也有一部分人沒能成功。顯然，這里面有許多變量不可控制。但所有成功案例他們都有一個共同的特點。

根據(jù)分析，3D打印供應商有更多的機會來完成客戶給予的業(yè)務，因為他們可開發(fā)出高價值、高質(zhì)量的部件。即所謂，一對一，一個訂單，一個定制。

其中，關(guān)于Kevin Slattery博士的一篇題為“簡化增材制造的認證和資格”的文章強調(diào)了供應商資格的四個方面，也是對規(guī)范3D打印零件質(zhì)量的總結(jié)性倡議：
1.設施
2.機器/工藝
3.部分
4.批次驗收。

想要在資格認證方面邁出的第一步，你會發(fā)現(xiàn)，其中最重要的一條就是控制零件的制造方式。這說起來簡單，做起來難！這需要全面了解零件的制造過程。正是這種對整個制造過程的真正理解才能創(chuàng)造出一致性，而一致性是基本要求。

對于3D打印，最終用戶當然期望每次都能得到一個質(zhì)量保證的零件。大多數(shù)增材制造的產(chǎn)品需要整個供應商產(chǎn)業(yè)鏈來共同完成，因此每個參與者都有責任保持一致性，它不能靠運氣來實現(xiàn)。在開發(fā)階段和產(chǎn)品的整個生命周期中，一致性必須是統(tǒng)一的目標。

△除了材料和工藝規(guī)范外，許多因素都會影響增材制造工藝的一致性。必須控制所有過程來保證。圖片來自Barnes Global Advisors

建立一致性的兩個關(guān)鍵點：

• 第一步是3D打印材料和工藝規(guī)范。上圖顯示了影響一致性的其他因素，包括檢驗、后處理、質(zhì)量控制以及包裝和運輸。
• 第二步還要注意可能發(fā)生的變量，例如存儲、培訓、維護和采購。對于供應商而言，還需要重點關(guān)注第二步，才能進入量產(chǎn)環(huán)節(jié)。
  

“如何去打造一致流程？” 這是一個非常重要的問題。這個問題成為后續(xù)每個步驟的基礎。如果好的零件從機器上下來但沒有受控或記錄的過程，那么人們不能隨意就進入下一個環(huán)節(jié)。對于每種增材制造技術(shù)，過程控制的3D打印和驗證是制造業(yè)務邁向成的推動力之一。

3D打印零件客戶期望的是一致性。就像您最喜歡的漢堡和熟悉的味道，一致性不僅成為一種期望，而且將成為未來業(yè)務的要求。