上篇-3D打印進(jìn)入主流制造技術(shù)的最新狀態(tài)
發(fā)布時(shí)間：
2023-01-11 12:45
毫無疑問，3D打印(在工業(yè)上也稱為增材制造; AM)已經(jīng)正在引發(fā)制造轉(zhuǎn)型，從快速交付備件到定制化生產(chǎn)，增材制造技術(shù)可以幫助簡化設(shè)備維護(hù)，加速研發(fā)過程以及通過功能為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)來提升產(chǎn)品性能。
同時(shí)，材料工程師正在積極擴(kuò)展可3D打印材料的界限，不僅包括塑料和金屬，還包括納米材料，生物基材料等，3D打印正在逐漸成為主流制造技術(shù)。本期，3D科學(xué)谷與谷友來共同領(lǐng)略3D打印納入主流制造技術(shù)的挑戰(zhàn)與現(xiàn)狀?！?D打印成為主流制造技術(shù)的最新狀態(tài)》將分為上下兩篇來進(jìn)行行業(yè)發(fā)展透視，上篇將聚焦在3D打印納入主流制造技術(shù)的基礎(chǔ)建設(shè)部分。
數(shù)字化與3D打印釋放制造潛力。來源：西門子
合作比競爭更重要分享為上上策
安全監(jiān)管與知識(shí)產(chǎn)權(quán)
3D打印/ AM增材制造技術(shù)為制造商提供了前所未有的靈活性，在安全，監(jiān)管和知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)方面也引入了業(yè)界剛剛開始理解的一些敏感問題。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，為了解決這些問題，賓夕法尼亞州立大學(xué)正在提供有關(guān)增材制造法律問題的首個(gè)研究生課程。
根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)，有了增材制造技術(shù)，其中一個(gè)挑戰(zhàn)是如何保護(hù)零件的設(shè)計(jì)，有時(shí)候人們可能沒有意識(shí)到自己可能違反了其他人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在某些情況下，復(fù)制零件可以像掃描零件一樣簡單，從而生成可以3D打印的零件三維實(shí)體模型。
賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)了認(rèn)證3D打印部件的方法，包括嵌入式化學(xué)標(biāo)簽 – 基本上是一個(gè)“指紋”，可以用光譜檢測(cè)，以提供部件來源的驗(yàn)證。例如，如果要打印鈦合金零件，用戶可以在零件中打印不會(huì)影響屬性的輔助材料，但可用于驗(yàn)證零件是否真實(shí)。
化學(xué)標(biāo)簽是一種驗(yàn)證零件和保護(hù)專有設(shè)計(jì)的方法。來源：Penn State
驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)化
在考慮在關(guān)鍵工業(yè)應(yīng)用中使用3D打印零部件的安全方面時(shí)，驗(yàn)證和標(biāo)準(zhǔn)化也是必不可少的，但是受管制行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完全實(shí)現(xiàn)，例如，目前沒有針對(duì)AM增材制造組件的ASME壓力容器標(biāo)準(zhǔn)，然而，AM技術(shù)的快速發(fā)展要求快速開發(fā)新型增材制造零件的新標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)關(guān)鍵是跨行業(yè)協(xié)作和數(shù)據(jù)共享，尤其適用于存在高抗疲勞要求或特別高溫或高壓的苛刻應(yīng)用情況下。美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)和America Makes已經(jīng)啟動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)工作，將AM增材制造技術(shù)和零件標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)數(shù)據(jù)匯集在一起。ASTM也在這方面做了大量的工作。
不過仍有許多工作要做，因?yàn)樵S多公司都不愿意分享專有研究或運(yùn)營數(shù)據(jù)，特別是對(duì)于花費(fèi)了數(shù)百萬美元所生成的那些數(shù)據(jù)。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，歐瑞康在共享數(shù)據(jù)方面也做了大量的工作，通過與工業(yè)制造商的合作開發(fā)工作，將數(shù)據(jù)共享給FAA等組織機(jī)構(gòu)，來為3D打印進(jìn)入主流制造技術(shù)鋪平道路。
在大多數(shù)情況下，合作比競爭更重要，分享比保密更有利于發(fā)展。
對(duì)于粉末床選區(qū)金屬熔化3D打印技術(shù)來說，3D打印壓力容器仍然是一個(gè)特別關(guān)注的領(lǐng)域，熱交換器和散熱器也是如此，而帶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的輕量化零部件 – 可以使用更少的材料，仍然滿足性能的要求，這些正在徹底改變組件的經(jīng)濟(jì)性。
商業(yè)化驗(yàn)證
即使具有定制化和流程優(yōu)化的潛力，用戶也必須繼續(xù)確保其設(shè)施的所有流程都滿足檢查要求。獨(dú)立驗(yàn)證和鑒定是降低風(fēng)險(xiǎn)和未知因素的一種方式，在這方面Lloyd’s Register(LR倫敦)與TWI Ltd.合作(英國劍橋)合作，制定了一套專門的指導(dǎo)方針，旨在對(duì)通過AM生產(chǎn)的金屬部件進(jìn)行認(rèn)證，并自2016年開始對(duì)3D打印設(shè)施進(jìn)行認(rèn)證。
這些指導(dǎo)原則考察了許多因素，包括：原料收貨，儲(chǔ)存和處理; 設(shè)備資質(zhì); 過程控制; 人員培訓(xùn); 健康，安全和環(huán)境方面的考慮等等。最近，LR應(yīng)用其指導(dǎo)方針檢查和鑒定在阿姆斯特丹殼牌技術(shù)中心運(yùn)營的粉末床熔化3D打印設(shè)施。
在3D打印中，許多變量會(huì)影響零部件的機(jī)械性能，這可能會(huì)對(duì)所生產(chǎn)零件的一致性帶來各種風(fēng)險(xiǎn)。LR的資格證明了通過對(duì)流程和質(zhì)量的控制降低操作風(fēng)險(xiǎn)。
殼牌在其阿姆斯特丹技術(shù)中心的粉末床熔化3D打印零件。來源：殼牌
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，殼牌正在開發(fā)AM增材制造項(xiàng)目，目前，殼牌正在開發(fā)據(jù)稱是世界上第一臺(tái)3D打印壓力容器。在這種開創(chuàng)性的努力中，重要的是通過產(chǎn)品的資格認(rèn)證，不僅要滿足法律和安全要求，還要為供應(yīng)鏈中的協(xié)作做出貢獻(xiàn)，這將有利于整個(gè)行業(yè)。
隨著新技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)也需要開發(fā)以促進(jìn)納入這些新的工作方式，并確保它們是安全的，滿足法律要求的，從而為最終用戶提供質(zhì)量和制造能力的保證。（來源：3D科學(xué)谷）
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