转向 AM 生产时需要考虑的 5 个因素

3D打印是引领制造业变革的关键技术之一。但要充分利用其在生产中的潜力，公司必须为增材制造 (AM) 建立合适的基础设施。

从可重复性到自动化，我们探索了支持 3D 打印向最终部件生产转变的五个关键支柱，以及哪些解决方案可以帮助实现过渡。

1.可追溯性

可追溯性是目前采用增材制造进行生产的公司面临的主要问题之一。

在制造中，可追溯性意味着能够在整个制造过程中跟踪每个零件和产品，从何时开始原材料进入工厂到最终产品出货的那一刻。

随着法规、报告和质量控制要求的发挥——特别是对于航空航天和医疗等行业——如果要广泛采用 AM，则必须解决当前整个 AM 生态系统和供应链缺乏可追溯性的问题作为一种可行的制造技术。

对此的一个挑战是追踪重复使用材料的能力。例如，在金属PBF中，印刷过程完成后，仍有一定量的金属粉末未熔化，可以过筛，然后按指定比例与新粉末混合。

材料再利用过程必须可见和可追溯，以便最终用户可以放心，他们正在使用高质量的材料来制造关键部件。

此外，批次可追溯性对于确保每批中的部件符合任何安全标准至关重要或质量标准。

目前，实现可追溯性的最佳方法是使用数字解决方案，例如制造执行系统 ​​(MES)，这是一种管理和控制 AM 生产工作流程中每一步的软件。

MES 软件支持的端到端可追溯性可以通过数据分析和商业智能工具建立更有效的质量管理流程。

能够准确跟踪您的 3D 零件发生的情况，以及在产品生命周期中何时为 AM 增加新的流程质量水平，因为公司可以轻松查看关键数据并优化流程当出现错误或故障时。

建立可追溯的 AM 操作是将该技术用于生产的第一步，因为它有助于确保整个供应链的透明度和问责制，并证明产品符合某些标准或遵守行业法规。

2.重复性

可重复性——每次都能生产相同的零件或组件的能力——是使用增材制造实现生产的另一个关键因素。

大多数增材制造技术需要全面的构建设置以确保零件完成打印过程，可以进行后处理。正如大多数 AM 用户所知，这有时说起来容易做起来难，因为面对零件到零件和机器到机器的变化和不一致的情况并不少见。

前进的一个方法是收集尽可能多的数据，这可以提供对 3D 打印过程的洞察，并使用这些数据来优化过程。

建立闭环控制系统被认为是提高增材制造重复性的最有效方法。

一个闭环控制系统包括三个步骤：首先是通过仿真规划构建；二是印刷过程的过程监控；最后，使用收集到的数据来发现印刷过程中的偏差并调整系统以对其进行补偿。

最终，实现可重复性需要硬件和软件的紧密集成。除此之外，制造商应该深入了解 AM 设备、进入该过程的关键变量、这些变量如何变化以及如何校准设备。

当然，尽管如此，涉及陡峭的学习曲线，拥有这些知识对于具有可靠、一致结果的 3D 打印部件至关重要。

3.零件精度

随着增材制造的使用越来越多，不仅仅是装饰模型，人们越来越关注尺寸精度。术语精度描述了制造系统的输出与指定尺寸范围内的公差的紧密程度。

当 AM 处于早期阶段并且主要用于原型制作时，精度并不重要。然而，今天，对 AM 系统的要求要高得多。他们通常会生产功能原型、夹具和最终用途零件，这些零件必须符合与传统制造方法（例如机械加工、注塑成型和铸造）相关的同样严格的精度标准。

如果采用这些方法，则总体尺寸精度至关重要制造辅助工具和成品要正常工作。

鉴于 3D 打印推动了要求苛刻的功能应用，重要的是要考虑 3D 打印系统是否可以生产具有公差的零件并且可以重复生产。

4.自动化

自动化是朝着 AM 生产就绪和可扩展性迈进的又一步。通过硬件和软件以及机器人、传感器和网络的结合，自动化可确保作为端到端数字化生产周期的一部分的更加精简的流程。

对于制造商而言，结合自动化系统进入 AM 生产线可以提高效率，例如，通过取代手动流程和建立先进的跟踪和分析系统。

在整个增材制造工作流程中可以实现不同级别的自动化。在设计阶段，目前有一些解决方案可以帮助自动化设计过程的某些部分，例如支持生成。

此外，拓扑优化等设计工具正在不断发展，以帮助为给定的应用程序和工程要求生成和验证最佳设计。

在生产阶段，有借助 MES 软件简化生产计划和管理的机会。此类软件通过使用单一数字平台取代了劳动密集型流程，例如手动订单处理和项目管理。

此外，AM后处理长期以来一直是整个AM生产线中自动化程度最低的阶段。现在这种情况正在发生变化，引入了面向 3D 打印部件的自动清洁、去粉、支撑去除和染色的后处理系统。

自动化后处理系统到位也为 AM 实现更高程度的可重复性打开了大门。由于几乎所有 3D 打印部件都需要某种形式的后处理，因此确保后处理系统能够提供可重复的结果至关重要——软件驱动的自动化提供了解决方案之一。

在 AM 工作流程的所有阶段引入自动化最终将降低 3D 打印的总体成本，将其覆盖范围扩大到更广泛的应用程序。

5.验证和监管合规

支持 AM 过渡到生产的最后一个要素是验证 3D 打印部件性能的能力。

经过验证的增材制造工艺使制造商知道，化学、机械以及金属零件的冶金性能以及复杂的几何形状都可以在规格范围内始终如一地实现。

要实现验证，了解和应用由 ISO、ASTM 和其他标准化机构制定的当前可用的 AM 标准至关重要。

虽然正在为 3D 打印工艺制定标准——到目前为止，ASTM 发布了 22 项标准，ISO 发布了 15 项标准——但许多关键标准仍在制定中。

例如，当前的质量保证和验证方法是测试最终零件，这需要额外的时间和资源。为了克服这个问题，行业需要开发全面的零件认证流程，以实现更好的实时质量控制。

使任务变得更加困难的事实是，认证流程因行业和应用而异.如何以及何时进行认证测试是任何标准化过程都需要指定的一个领域。

也就是说，与专家和成功采用者（如成熟的服务提供商）的合作是迈向关键一步了解在生产环境中成功集成 3D 打印所需的最新法规和验证程序。

通过 3D 打印成功过渡到生产

真正的 3D 打印生产只有在所有五部分结合在一起时才开始。虽然我们分别讨论了它们中的每一个，但这些元素通常相互重叠并相互补充。

这就是为什么在将 AM 集成到您的生产中时从整体上思考和行动很重要的原因。您可以从探索可用技术开始，优先考虑最能满足您需求的技术，逐渐将所有部分组合在一起。

虽然这种转变不会在一夜之间发生，但它提供的好处将使您能够开启新的市场和商业模式，通过 3D 打印推动数字制造的未来。