前波音3D打印負(fù)責(zé)人：如何保障增材制造工藝的一致性？

南極熊導(dǎo)讀：3D打印具有明顯的個(gè)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(fù)責(zé)人、現(xiàn)任巴恩斯全球顧問(wèn)Michael Hayes闡述了他對(duì)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(duì)于如何保障增材制造工藝一致性的觀點(diǎn)。未來(lái)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(rèn)證。

△3D打印結(jié)構(gòu)件示意圖。圖片來(lái)自Goolge

我們?nèi)コ钥系禄�，覺(jué)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(guò)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(wèn)題。所以，這家店有可能因?yàn)槠焚|(zhì)不一，而失去你這樣一個(gè)客戶。

這個(gè)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(yīng)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(shì)在于“快速原型設(shè)計(jì)”。原型設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)需求，用戶可以忍受一個(gè)打印好的，而有兩個(gè)是廢棄的。然而，原型這個(gè)詞也有負(fù)面含義——“原型設(shè)計(jì)”這個(gè)詞往往意味著費(fèi)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(huì)正式命名為增材制造�！爸圃臁币辉~暗示它將提供商品銷(xiāo)售、收入。但問(wèn)題在于，僅僅叫“制造”它還不一定是真正的商品，因?yàn)橹圃炜梢詭��?lái)實(shí)際效益。

△3D打印用于火星探測(cè)器“毅力號(hào)”的一些結(jié)構(gòu)件展示

在過(guò)去的20多年里，我一直專注于增材制造的生產(chǎn)及應(yīng)用，我有機(jī)會(huì)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(chǎng)，成為各自行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。但也有一部分人沒(méi)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(gè)共同的特點(diǎn)。

根據(jù)分析，3D打印供應(yīng)商有更多的機(jī)會(huì)來(lái)完成客戶給予的業(yè)務(wù)，因?yàn)樗麄兛砷_(kāi)發(fā)出高價(jià)值、高質(zhì)量的部件。即所謂，一對(duì)一，一個(gè)訂單，一個(gè)定制。

其中，關(guān)于Kevin Slattery博士的一篇題為“簡(jiǎn)化增材制造的認(rèn)證和資格”的文章強(qiáng)調(diào)了供應(yīng)商資格的四個(gè)方面，也是對(duì)規(guī)范3D打印零件質(zhì)量的總結(jié)性倡議：
1.設(shè)施
2.機(jī)器/工藝
3.部分
4.批次驗(yàn)收。

想要在資格認(rèn)證方面邁出的第一步，你會(huì)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(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，做起來(lái)難！這需要全面了解零件的制造過(guò)程。正是這種對(duì)整個(gè)制造過(guò)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(duì)于3D打印，最終用戶當(dāng)然期望每次都能得到一個(gè)質(zhì)量保證的零件。大多數(shù)增材制造的產(chǎn)品需要整個(gè)供應(yīng)商產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)共同完成，因此每個(gè)參與者都有責(zé)任保持一致性，它不能靠運(yùn)氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)發(fā)階段和產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中，一致性必須是統(tǒng)一的目標(biāo)。

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

建立一致性的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

• 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(yàn)、后處理、質(zhì)量控制以及包裝和運(yùn)輸。
• 第二步還要注意可能發(fā)生的變量，例如存儲(chǔ)、培訓(xùn)、維護(hù)和采購(gòu)。對(duì)于供應(yīng)商而言，還需要重點(diǎn)關(guān)注第二步，才能進(jìn)入量產(chǎn)環(huán)節(jié)。
  

“如何去打造一致流程？” 這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題成為后續(xù)每個(gè)步驟的基礎(chǔ)。如果好的零件從機(jī)器上下來(lái)但沒(méi)有受控或記錄的過(guò)程，那么人們不能隨意就進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于每種增材制造技術(shù)，過(guò)程控制的3D打印和驗(yàn)證是制造業(yè)務(wù)邁向成的推動(dòng)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(lái)業(yè)務(wù)的要求。