美國3D打印標準化路線圖所揭示的26個當(dāng)前設(shè)計短板

　　2017年3月3日，《美國3D打印標準化路線圖》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(yīng)用轉(zhuǎn)化。這方面他們通過將整個行業(yè)的生態(tài)圈，從上游到中游，下游以及用戶端邀請在一起切磋需求與短板，可以說市場需求是制定各項標準與政策的基礎(chǔ)。

　　接下來我們一起來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圖所探討的當(dāng)前增材制造行業(yè)所面臨的設(shè)計方面的26個當(dāng)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(dāng)前缺乏一個標準來判斷在制造一個零件的時候是通過增材制造還是減材制造更具優(yōu)勢。

　　Gap2決策支持：增材過程

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

　　Gap3具體工藝設(shè)計指南

　　ASTM與ISO開發(fā)了關(guān)于PBF技術(shù)的具體工藝設(shè)計指南。還有其他6個技術(shù)缺乏工藝設(shè)計指南。

　　Gap4具體應(yīng)用設(shè)計指南

　　當(dāng)在某些具體的增材制造應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)相對成熟的時候，最好的加工工藝應(yīng)該被記錄下來。

　　Gap5定制化指南

　　不同制造商的設(shè)備加工出來不同的結(jié)果，工藝與應(yīng)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幫助理解如何調(diào)整和具體化參數(shù)來滿足個體要求。

　　Gap6軟件工程、機器可讀的指南

　　ASTM標準委員會的F42專委會正在支持開發(fā)《WK54856為增材制造設(shè)計規(guī)則的原則》。

　　Gap7新的表面處理能力

　　需要一種設(shè)計指南來詳述新的表面處理工藝。

　　Gap8設(shè)備產(chǎn)能報告

　　需要一個標準來記錄設(shè)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(shè)計

　　為制造和組裝而設(shè)計(designformanufacturingandassembly-DFMA)需要通過不同的參數(shù)設(shè)置組合來考慮支撐部分的復(fù)雜性，去除時間，后處理的復(fù)雜性以及制造時間，質(zhì)量。

　　Gap11設(shè)計結(jié)構(gòu)性電子

　　需要有一種標準來規(guī)范3D打印結(jié)構(gòu)性電子

　　Gap12醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：原始數(shù)據(jù)(CT，MRI，超聲)，圖像的一致性

　　目前沒有一種流程可以保證將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成三維模型的時候是準確無誤的，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(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：數(shù)據(jù)處理，圖片處理以及2D轉(zhuǎn)3D

　　骨組織、軟組織和血管結(jié)構(gòu)通過分割過程分離。這種分割過程并不是半自動的而是手動編輯的。建模的準確度依賴于如X射線劑量、圖像操作能力、灰度分辨率以及高分辨率的2D到3D的轉(zhuǎn)換算法等因素。

　　Gap14醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，為便于清潔而設(shè)計

　　醫(yī)療零件，必須清洗制造殘留物。尤其是對于病人接觸的設(shè)備，這種清洗必須允許設(shè)備通過生物反應(yīng)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(fù)雜的幾何形狀內(nèi)部，包括那些晶格。

　　Gap15醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，測試試樣

　　醫(yī)療零件，尤其是那些含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，包括晶格設(shè)計，以及在納米尺度上進行的表面拓撲設(shè)計，這些都對測試帶來極大挑戰(zhàn)。而目前缺乏在一個批次生產(chǎn)中如何決定測試試樣的標準。

　　Gap16醫(yī)療領(lǐng)域的設(shè)計：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，功能梯度材料驗證

　　對于復(fù)合材料與復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料特性標準(包括剛性、密度、熱傳導(dǎo)性等等)這些功能梯度材料驗證的標準還沒有建立。

　　Gap17設(shè)計歸檔：技術(shù)數(shù)據(jù)包內(nèi)容(TechnicalDataPackage-TDP)

　　技術(shù)數(shù)據(jù)包內(nèi)容是指提交給供應(yīng)商的數(shù)據(jù)信息，目前還缺乏這樣的框架來指導(dǎo)如何在關(guān)于材料、加工工藝、后處理等環(huán)節(jié)上加以控制，達到加工出一致性與高質(zhì)量的產(chǎn)品。

　　Gap18設(shè)計歸檔：新的尺寸和公差

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

　　Gap19設(shè)計歸檔：圖表架構(gòu)的要求

　　需要一個圖表來幫助組織增材制造過程的產(chǎn)品數(shù)字化描述，來顯示當(dāng)前是如何確認加工工藝共識以及如何傳遞一致性的數(shù)據(jù)內(nèi)容與構(gòu)架。

　　Gap20設(shè)計歸檔：中立的建構(gòu)格式

　　當(dāng)使用不同的設(shè)備生產(chǎn)商的設(shè)備的時候，很多參數(shù)是不通用的，需要建立一種行業(yè)規(guī)范，不管是哪個設(shè)備生產(chǎn)商生產(chǎn)的設(shè)備，都能夠接受一些共同的文件格式。

　　Gap21設(shè)計歸檔：設(shè)計文件里的新術(shù)語

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

　　Gap22設(shè)計歸檔：過程中監(jiān)測

　　目前沒有對過程中檢測與控制的標準數(shù)據(jù)模型與歸檔。

　　Gap23設(shè)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(shè)計文檔具體的要求加以規(guī)范。

　　Gap24設(shè)計歸檔：交接規(guī)范描述

　　對于一個增材制造零件需要從第三方交接過來的具體規(guī)格說明。

　　Gap25設(shè)計的驗證和確認：數(shù)字零件設(shè)計的配置控制

　　增材制造零件與他們的數(shù)字定義直接相關(guān)，在修改一個設(shè)計的時候，需要其他相關(guān)信息，包括數(shù)字處理過程的參數(shù)定義，軟件版本等等。

　　Gap26增材制造特征的測量，驗證設(shè)計的功能如晶格設(shè)計

　　Gap18中提到關(guān)于標準化尺寸與公差(GD&T)的努力正在進行，現(xiàn)存的測試零件一致性的V&V方法需要與GD&T規(guī)范結(jié)合起來使用。這些規(guī)范將可能對例如螺旋結(jié)構(gòu)這樣復(fù)雜的設(shè)計提供測量方法，以及用于像當(dāng)前Go/NoGo以及CMM難以測量的設(shè)計。檔需要測量內(nèi)部設(shè)計的時候，包括超聲以及射線的方法將被用于高公差確定。