对增材制造成功至关重要的六个过程控制变量
增材制造过程的规模远比人类机器操作员能够在无人协助的情况下控制的规模复杂得多。熔融沉积建模 (FDM) 等基于层的方法可以根据各种变量进行配置，包括像素比例和打印角度，这些变量即使不是不可能手动验证也很困难。出于这个原因，制造商需要经过验证的方法来确保增材生产过程在打印作业内和打印作业之间都是精确、准确、经济和安全的。
从广义上讲，这些方法（称为过程控制）是工业系统，使工程师能够管理复杂的过程，从而产生一致的结果。例如，增材制造过程控制可以帮助优化众多生产参数，这些参数对于确保零件在几何精度、性能特征、机械性能、尺寸公差和质量方面达到类似标准至关重要。
大多数工业 3D 打印机——包括大多数激光粉末床融合 (LBPF) 机器——现在都包括闭环监控系统，该系统使用摄像头以及热和位置传感器来收集有关打印机输出的数据并实时检测偏差.
也称为反馈系统，这些原位过程控制根据输出进行调整，以达到所需的条件或特性，从而提高零件生产的一致性和质量。虽然不太常见，但一些 3D 打印机具有“前馈”模拟工具，可将反馈直接输入设备的闭环系统，从而实现实时过程控制和更一致的打印。
关键的添加剂过程控制变量
3D 打印零件的精度和质量受到许多变量的影响，这些变量必须严格控制才能获得一致的结果。一般来说，这些变量与六个类别之一一致。
1。环境
控制创建零件的空间的物理条件是确保打印一致性的基础。湿度、空气质量和温度等因素会显着影响材料在层之间的挤出和粘合方式。了解这些因素如何影响打印质量是关键。
2。机器
生产过程中使用的技术引入了许多必须考虑的变量。
机器的质量可以缓解其中一些因素。例如，您可以达到的公差只会与机器最不准确的部分一样好；如果驱动它的控制器和电机不准确，那么挤出机的价格有多贵都没关系。挤压力、打印机和平台温度等其他因素对材料的粘合强度和界面稳定性有直接影响。
3。材质
虽然不同的材料特性当然会影响最终部件的性能和功能，但这些质量也必须考虑到生产过程中。如果材料有特定的存储或处理要求，或者需要在打印前以特定的方式进行准备，则应为每个变量建立流程控制，以确保重复作业并获得相似的结果。
4。零件几何形状和方向
除了为制造优化零件设计外，工程师还必须定义如何在打印机的构建室内生产零件。部件相对于构建板的方向、支撑材料的设计以及关键特征与机器最精确打印平面的对齐等因素都有助于提高生产效率和质量。
5。后处理
打印结束后，出于多种原因，零件可能需要在后期制作之前进行额外的处理。如果使用了支撑材料，则需要将其移除。某些特征可能需要钻孔以提高最终产品的精度。次要步骤也可能是时间敏感的。在所有情况下，这些流程都必须标准化。
6。质量保证
优化后处理进一步有助于确保零件精度并实现所需的美学品质。应该为如何移除支撑、如何完成表面以及如何应用任何装饰性细节（如热冲压或电镀）建立类似的参数。最后，用于测量、验证和鉴定零件的方法（一种称为计量的做法）必须保持一致。
针对关键变量优化增材生产工艺
在确定给定生产作业中涉及的变量之后，产品团队的下一步是设计一个允许有效变量管理的流程。工艺校准需要反复试验，但增材制造工艺的一个显着优势是它们是可迭代的，允许快速更新数字设计，而无需进行昂贵且耗时的工具更换。
优化增材生产工艺的准确性和精度一般应包括以下步骤：
- 根据过程控制变量收集大量数据集
- 对数据集进行统计和相关性分析，以确定变量和输入之间的相关性
- 根据变量依赖关系，执行有针对性的实验设计 (DOE)，以阐明不一致或偏差的主要原因
- 改变生产流程以实现更高的准确性和精度
应重复此循环，直到该过程可靠地生产出具有所需特性和尺寸公差的高质量零件。但是，测试应该持续进行，以保证过程的一致性和有效性。
发现一致的按需制造
过程控制对于确保生产方法保持高效和一致至关重要，增材制造过程控制技术的发展既迅速又显着。物联网传感器和机器学习算法越来越多地融入 3D 打印机系统，使产品团队能够以更高的精度和速度制造零件。此外，仿真分析、实验设计和控制系统工业化等开创性新技术具有简化和完善增材制造领域的潜力。
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