前波音3D打印负责人：如何保障增材制造工艺的一致性？

南极熊导读：3D打印具有明显的个性化定制特性，但如果需要生产100件甚至1000件品质相同的零件呢？一致性就显得非常重要。
2022年4月15日，南极熊获悉，前波音公司3D打印制造负责人、现任巴恩斯全球顾问Michael Hayes阐述了他对增材制造的一些看法。据他回忆，在波音任职期间，曾经为航空航天工业生产了数百款3D打印零件。他分享了对于如何保障增材制造工艺一致性的观点。未来的企业或许将更多的精力用于关注数据的获取，以及如何获取航空3D打印部件的认证。

△3D打印结构件示意图。图片来自Goolge

我们去吃肯德基，觉得味道很统一。但是，如果有一天你突然发现与之前吃过的味道不一样了怎么办？不知何故，汉堡的质量一致性出现了问题。所以，这家店有可能因为品质不一，而失去你这样一个客户。

这个比喻与3D打印又有什么关系呢？汉堡需要始终如一的味道，而制造业也同样希望3D打印供应商，可以提供品质如一的零件。

让我们回顾一下3D打印的历史，打印的一致性为何如此重要。该技术的根源优势在于“快速原型设计”。原型设计一词意味着一次性生产，而不是“真正的”批量生产。

早期的增材制造技术可以很好的满足原型设计需求，用户可以忍受一个打印好的，而有两个是废弃的。然而，原型这个词也有负面含义——“原型设计”这个词往往意味着费用支出，而不是收入。原型是获得最终产品的步骤之一。这一步还不能成为真正意义上的商品。

随着3D打印技术的发展，最终被ASTM F42小组委员会正式命名为增材制造。“制造”一词暗示它将提供商品销售、收入。但问题在于，仅仅叫“制造”它还不一定是真正的商品，因为制造可以带来实际效益。

△3D打印用于火星探测器“毅力号”的一些结构件展示

在过去的20多年里，我一直专注于增材制造的生产及应用，我有机会与许多3D打印公司合作。他们中的一些人成功地将他们的发明、想法或公司推向市场，成为各自行业的领导者。但也有一部分人没能成功。显然，这里面有许多变量不可控制。但所有成功案例他们都有一个共同的特点。

根据分析，3D打印供应商有更多的机会来完成客户给予的业务，因为他们可开发出高价值、高质量的部件。即所谓，一对一，一个订单，一个定制。

其中，关于Kevin Slattery博士的一篇题为“简化增材制造的认证和资格”的文章强调了供应商资格的四个方面，也是对规范3D打印零件质量的总结性倡议：
1.设施
2.机器/工艺
3.部分
4.批次验收。

想要在资格认证方面迈出的第一步，你会发现，其中最重要的一条就是控制零件的制造方式。这说起来简单，做起来难！这需要全面了解零件的制造过程。正是这种对整个制造过程的真正理解才能创造出一致性，而一致性是基本要求。

对于3D打印，最终用户当然期望每次都能得到一个质量保证的零件。大多数增材制造的产品需要整个供应商产业链来共同完成，因此每个参与者都有责任保持一致性，它不能靠运气来实现。在开发阶段和产品的整个生命周期中，一致性必须是统一的目标。

△除了材料和工艺规范外，许多因素都会影响增材制造工艺的一致性。必须控制所有过程来保证。图片来自Barnes Global Advisors

建立一致性的两个关键点：

• 第一步是3D打印材料和工艺规范。上图显示了影响一致性的其他因素，包括检验、后处理、质量控制以及包装和运输。
• 第二步还要注意可能发生的变量，例如存储、培训、维护和采购。对于供应商而言，还需要重点关注第二步，才能进入量产环节。
  

“如何去打造一致流程？” 这是一个非常重要的问题。这个问题成为后续每个步骤的基础。如果好的零件从机器上下来但没有受控或记录的过程，那么人们不能随意就进入下一个环节。对于每种增材制造技术，过程控制的3D打印和验证是制造业务迈向成的推动力之一。

3D打印零件客户期望的是一致性。就像您最喜欢的汉堡和熟悉的味道，一致性不仅成为一种期望，而且将成为未来业务的要求。