美國3D打印標準化路線(xiàn)圖所揭示的26個(gè)當前設計短板

　　2017年3月3日，《美國3D打印標準化路線(xiàn)圖》最終版.PDF已經(jīng)發(fā)布標，準化對行業(yè)的健康發(fā)展起到積極作用，不僅僅是可以潤滑上下游產(chǎn)業(yè)鏈的溝通，還可以啟示企業(yè)如何錯位競爭。美國增材制造創(chuàng )新中心(AmericaMakes)在積極的加速增材制造的技術(shù)發(fā)展與應用轉化。這方面他們通過(guò)將整個(gè)行業(yè)的生態(tài)圈，從上游到中游，下游以及用戶(hù)端邀請在一起切磋需求與短板，可以說(shuō)市場(chǎng)需求是制定各項標準與政策的基礎。

　　接下來(lái)我們一起來(lái)了解美國增材制造創(chuàng )新中心(AmericaMakes)與美國國家標準中心(AmericanNationalStandardsInstitute)所剛剛發(fā)布的增材制造標準化路線(xiàn)圖所探討的當前增材制造行業(yè)所面臨的設計方面的26個(gè)當前短板，感受他們關(guān)于大標準化的視野。

　　Gap1決策支持：增材制造vs減材制造

　　當前缺乏一個(gè)標準來(lái)判斷在制造一個(gè)零件的時(shí)候是通過(guò)增材制造還是減材制造更具優(yōu)勢。

　　Gap2決策支持：增材過(guò)程

　　當前缺乏對不同的3D打印技術(shù)優(yōu)劣之處深入刻畫(huà)的標準，這使得設計者缺乏判斷應該采用哪種3D打印技術(shù)。ASTM與ISO正在開(kāi)發(fā)《WK38342為增材制造而設計的新指南》，然而，除此之外，還需要更加細化的針對每個(gè)加工要求所對應的工藝標準。

　　Gap3具體工藝設計指南

　　ASTM與ISO開(kāi)發(fā)了關(guān)于PBF技術(shù)的具體工藝設計指南。還有其他6個(gè)技術(shù)缺乏工藝設計指南。

　　Gap4具體應用設計指南

　　當在某些具體的增材制造應用領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)相對成熟的時(shí)候，最好的加工工藝應該被記錄下來(lái)。

　　Gap5定制化指南

　　不同制造商的設備加工出來(lái)不同的結果，工藝與應用之間的指南的確提供了一定的參考幫助。但還需要額外的指南來(lái)幫助理解如何調整和具體化參數來(lái)滿(mǎn)足個(gè)體要求。

　　Gap6軟件工程、機器可讀的指南

　　ASTM標準委員會(huì )的F42專(zhuān)委會(huì )正在支持開(kāi)發(fā)《WK54856為增材制造設計規則的原則》。

　　Gap7新的表面處理能力

　　需要一種設計指南來(lái)詳述新的表面處理工藝。

　　Gap8設備產(chǎn)能報告

　　需要一個(gè)標準來(lái)記錄設備消耗與產(chǎn)能以決定制造靈活性。

　　Gap9增材制造仿真基準代碼/零件需求

　　需要一個(gè)關(guān)于具體化工藝的增材制造基準模型，包括零件的要求與工藝仿真工具之間的相互確認。

　　Gap10為組裝而設計

　　為制造和組裝而設計(designformanufacturingandassembly-DFMA)需要通過(guò)不同的參數設置組合來(lái)考慮支撐部分的復雜性，去除時(shí)間，后處理的復雜性以及制造時(shí)間，質(zhì)量。

　　Gap11設計結構性電子

　　需要有一種標準來(lái)規范3D打印結構性電子

　　Gap12醫療領(lǐng)域的設計：原始數據(CT，MRI，超聲)，圖像的一致性

　　目前沒(méi)有一種流程可以保證將原始數據轉成三維模型的時(shí)候是準確無(wú)誤的，如何保證準確性大多靠經(jīng)驗積累，需要將最好的做法上升為可參考的框架體系。

　　Gap13醫療領(lǐng)域的設計：數據處理，圖片處理以及2D轉3D

　　骨組織、軟組織和血管結構通過(guò)分割過(guò)程分離。這種分割過(guò)程并不是半自動(dòng)的而是手動(dòng)編輯的。建模的準確度依賴(lài)于如X射線(xiàn)劑量、圖像操作能力、灰度分辨率以及高分辨率的2D到3D的轉換算法等因素。

　　Gap14醫療領(lǐng)域的設計：復雜結構的設計，為便于清潔而設計

　　醫療零件，必須清洗制造殘留物。尤其是對于病人接觸的設備，這種清洗必須允許設備通過(guò)生物反應性測試，包括細胞毒性和炎癥。殘留在部件上殘余可能包括冷卻液，或者粉末等等都需要被清除，而不是還殘留在復雜的幾何形狀內部，包括那些晶格。

　　Gap15醫療領(lǐng)域的設計：復雜結構的設計，測試試樣

　　醫療零件，尤其是那些含有復雜結構的零件，包括晶格設計，以及在納米尺度上進(jìn)行的表面拓撲設計，這些都對測試帶來(lái)極大挑戰。而目前缺乏在一個(gè)批次生產(chǎn)中如何決定測試試樣的標準。

　　Gap16醫療領(lǐng)域的設計：復雜結構的設計，功能梯度材料驗證

　　對于復合材料與復合結構的材料特性標準(包括剛性、密度、熱傳導性等等)這些功能梯度材料驗證的標準還沒(méi)有建立。

　　Gap17設計歸檔：技術(shù)數據包內容(TechnicalDataPackage-TDP)

　　技術(shù)數據包內容是指提交給供應商的數據信息，目前還缺乏這樣的框架來(lái)指導如何在關(guān)于材料、加工工藝、后處理等環(huán)節上加以控制，達到加工出一致性與高質(zhì)量的產(chǎn)品。

　　Gap18設計歸檔：新的尺寸和公差

　　ASMEY14.41已經(jīng)提供了一些在設計方面的存檔要求，正在開(kāi)發(fā)的ASMEY14.46將更加具體化關(guān)于尺寸和公差的標準。

　　Gap19設計歸檔：圖表架構的要求

　　需要一個(gè)圖表來(lái)幫助組織增材制造過(guò)程的產(chǎn)品數字化描述，來(lái)顯示當前是如何確認加工工藝共識以及如何傳遞一致性的數據內容與構架。

　　Gap20設計歸檔：中立的建構格式

　　當使用不同的設備生產(chǎn)商的設備的時(shí)候，很多參數是不通用的，需要建立一種行業(yè)規范，不管是哪個(gè)設備生產(chǎn)商生產(chǎn)的設備，都能夠接受一些共同的文件格式。

　　Gap21設計歸檔：設計文件里的新術(shù)語(yǔ)

　　雖然一些增材制造的標準術(shù)語(yǔ)已經(jīng)確認了，他們目前并不包含特定應用情況下的術(shù)語(yǔ)。

　　Gap22設計歸檔：過(guò)程中監測

　　目前沒(méi)有對過(guò)程中檢測與控制的標準數據模型與歸檔。

　　Gap23設計歸檔：新的功能性表面特征

　　對于新的表面處理工藝，需要對設計文檔具體的要求加以規范。

　　Gap24設計歸檔：交接規范描述

　　對于一個(gè)增材制造零件需要從第三方交接過(guò)來(lái)的具體規格說(shuō)明。

　　Gap25設計的驗證和確認：數字零件設計的配置控制

　　增材制造零件與他們的數字定義直接相關(guān)，在修改一個(gè)設計的時(shí)候，需要其他相關(guān)信息，包括數字處理過(guò)程的參數定義，軟件版本等等。

　　Gap26增材制造特征的測量，驗證設計的功能如晶格設計

　　Gap18中提到關(guān)于標準化尺寸與公差(GD&T)的努力正在進(jìn)行，現存的測試零件一致性的V&V方法需要與GD&T規范結合起來(lái)使用。這些規范將可能對例如螺旋結構這樣復雜的設計提供測量方法，以及用于像當前Go/NoGo以及CMM難以測量的設計。檔需要測量?jì)炔吭O計的時(shí)候，包括超聲以及射線(xiàn)的方法將被用于高公差確定。