增材制造技術(shù)：如何提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性

3D打印技術(shù)屬于快速原型制造技術(shù)中的一種，是以數(shù)字化模型文件為基礎(chǔ),，利用工程塑料,、金屬粉末等材料的可粘合特性,，通過層層打印的方式來制造物體的快速成型技術(shù),。該技術(shù)是集CAD/CAM技術(shù),、數(shù)控技術(shù),、激光加工技術(shù)和新材料等技術(shù)領(lǐng)域的最新成果于一體的零件原型制造技術(shù)；屬于一種新型加工工藝,，與傳統(tǒng)“減材制造”的機(jī)械加工方法不同,，其采用逐層“材料累積”的創(chuàng)新加工方法，能夠快速精確的將三維模型圖轉(zhuǎn)化為三維實體,。

該技術(shù)能夠大大簡化產(chǎn)品的制造程序,，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高研發(fā)效率同時降低成本,，一度被認(rèn)為是近二十年制造領(lǐng)域內(nèi)的一個重大技術(shù)成果,。本文主要基于一種利用激光燒結(jié)的金屬粉末床熔合工藝，概述了一些必須實施的基本步驟,，以確保產(chǎn)品/部件能夠可靠地符合相關(guān)規(guī)范要求,。

前期需要注意的事項
在激光熔化過程中可能存在150多個變量，因此,，為了保證打印產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性,，非常重要的一個方面就是檢查這些可能存在的變量并考慮到最易控制的一些變量。

變量的來源包括但不限于：
設(shè)備的光學(xué)部件機(jī)器所使用的成型材料,；
打印零部件的位置,、方向；
打印環(huán)境等,。

以下是您在整個成型過程中的不同階段應(yīng)該考慮到的一些因素,。推薦的最佳做法是保存一份清單以記錄所有可能的潛在問題。

1原料
原材料（金屬粉末）對成型的成功與否以及最終打印部件的質(zhì)量具有重大影響,。設(shè)備操作員需要確保所使用的原材料性能能夠滿足增材制造工藝的相關(guān)要求,，例如材料的粒度分布，密度,，化學(xué)成分和流動性等,。

零部件制造商通常從打印機(jī)原始設(shè)備制造商處購買金屬粉末，因為只有這樣,，零部件制造商和設(shè)備廠商才能建立更好的維修/維護(hù)合作關(guān)系,。但一些金屬打印粉末也可以從第三方供應(yīng)商處購買以減少部分經(jīng)濟(jì)成本。

如果您更愿意與第三方粉末供應(yīng)商合作,，請確保在出現(xiàn)操作事故時機(jī)器保修不會被設(shè)備廠商單方面宣布無效（因為有些打印機(jī)設(shè)備廠商要求用戶只能使用由他們提供的打印材料,，否則一旦設(shè)備出現(xiàn)任何故障，則全部責(zé)任由用戶承擔(dān),，設(shè)備廠商不再提供免費(fèi)維修服務(wù),，即使設(shè)備仍在保修期內(nèi)）,。

因此，在使用任何第三方材料之前,，請咨詢并獲得設(shè)備制造商的批準(zhǔn),。他們將幫助您確定第三方打印粉末材料是否符合機(jī)器的要求并具有增材制造工藝所需的特性。

一旦你收到材料,，請務(wù)必審查并記錄打印材料的細(xì)節(jié)信息,，例如合金名稱，材料供應(yīng)商,，材料一致性/分析證書或相關(guān)的測試報告等,。詳細(xì)記錄整個成型過程中的細(xì)節(jié)信息將幫助您提高整個流程的一致性


2粉末材料的存儲和處理
一旦從供應(yīng)商處接收到金屬打印粉末材料，需要妥善處理和儲存,。正確的處理包括記錄粉末的名稱,，批次等重要信息，然后將粉末儲存在濕度適宜并可控的條件下,，值得一提的是,，最好將粉末保存在其原始容器中。

你還應(yīng)該記錄原始盛裝容器打開的日期,。準(zhǔn)確的記錄這些信息并妥善保存在整個過程中至關(guān)重要,，因為它有助于確保材料信息具有高度的可追溯性。粉末應(yīng)在干凈無潮的環(huán)境中處理,，以避免污染和意外吸收氧氣和氫氣等雜質(zhì)氣體,。

在處理粉末時請遵守所有的安全要求，因為它不僅會對操作人員造成傷害,，而且還可能會造成由于超細(xì)顆粒引起顆粒云而引發(fā)爆炸的情況,。材料安全資料表（SDS）是一份為每種粉末材料提供詳細(xì)安全處理要求的文檔，對于任何可能涉及到危險操作的工作人員來說,，都是一個不錯的參考標(biāo)準(zhǔn),。

3原材料的特性表征
對于原材料的性能特征，請仔細(xì)參閱供應(yīng)商提供的材料資料表,，因為它提供了廠商供應(yīng)粉末特性的詳細(xì)信息,，例如其包括了原材料的一些基本物理特性以及測試條件等。但是,，供應(yīng)商提供的信息可能并不全面，因此您必須在設(shè)備使用粉末之前進(jìn)行粉末特性表征并記錄表征結(jié)果,。

原材料的性能表征將幫助您進(jìn)一步了解到材料的化學(xué)和物理特性,，然后將其與制造零件的特性進(jìn)行比較。將此操作作為您整個流程中的一部分將有助于您有效評估任何工藝特性對打印零部件的影響,。

材料的表征主要包括化學(xué)分析,、確定粉末粒度分布,、粉末形態(tài)、密度分析和流動特性等,。此外,，粉末原材料還需要用篩子過濾以去除任何可能存在的附聚物和雜質(zhì)。在篩分之前,，需要確保篩網(wǎng)已根據(jù)材料的顆粒大小進(jìn)行合格的校正,，以確保對材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選。


4符合要求的打印機(jī)
對打印設(shè)備進(jìn)行安裝驗證有助于確保該工藝設(shè)備符合適當(dāng)?shù)囊?guī)范要求和打印零部件的設(shè)計意圖,。為了使您的設(shè)備符合要求,，您需要確保設(shè)備不僅符合制造商的使用要求，而且還要確保設(shè)備的使用環(huán)境已按照以下所述進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備,。

設(shè)備準(zhǔn)備
設(shè)備的干凈整潔是非常重要的,，因為殘留的雜質(zhì)可能會粘在機(jī)器上并污染打印過程，從而影響后續(xù)生產(chǎn),。另外,，設(shè)備中存在的水分同樣會對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響，例如會降低打印零部件的拉伸強(qiáng)度等,。確保設(shè)備清潔,、干燥對于最終打印部件的質(zhì)量是至關(guān)重要的。

選擇打印基板
根據(jù)打印零部件的厚度選擇合適厚度的打印基板,，以避免翹曲,。您還需要檢查基板是否在之前的打印過程中出現(xiàn)的翹曲或畸形現(xiàn)象。請務(wù)必確定打印基板是干凈,、光滑的,。如果是的話，你就可以準(zhǔn)備進(jìn)行下一步了,，即在打印平臺上安裝該打印基板,。最后，您需要做的是記錄打印基板的尺寸及其表面狀況等信息,。

動力供應(yīng)
檢查并確保您有足夠的氣體來完成整個打印過程,，在打印過程中耗盡氣體會對最終打印部件產(chǎn)生不利影響。接下來,，通過正確設(shè)置壓力表,，以及適當(dāng)調(diào)整打印基板溫度和打印室環(huán)境溫度，來檢查打印室內(nèi)惰性氣體的流動狀況,。

最后檢查
檢查涂敷器,。如果涂敷器刀片損壞，則粉末會以不均勻的方式不規(guī)則地散布開�,？梢酝ㄟ^將粉末撒開以檢查它是否均勻鋪展在平臺上進(jìn)行檢查,，這個練習(xí)必須重復(fù)幾次，以確保粉末能夠正確覆蓋,。接下來,，檢查氧傳感器以確定它是否正常工作，然后檢查您的機(jī)器和控制軟件之間的所有其他接口是否接觸良好,。

最后,，檢查粉末儲倉以確保您有足夠的粉末來完成整個打印過程。如果不這樣做,，設(shè)備可能會中途突然停下來,，最終得到一個不完整的打印零部件。除此之外,，請做好設(shè)備維護(hù)記錄,，校準(zhǔn)記錄和預(yù)防性維護(hù)計劃等，并妥善保存供以后查閱參考,。

最佳做法
對于整個流程而言,，最佳的做法是制定并遵循一個完整、全面的程序,，您可以識別在該過程中每個階段可能出現(xiàn)的風(fēng)險,。在實際操作中記錄這些遇到的風(fēng)險并制定相應(yīng)的緩解計劃。了解不同加工步驟的變化以及這些變化是如何影響零件的質(zhì)量,。這些對于優(yōu)化整個流程至關(guān)重要,，并有助于確保在整個打印成型過程中盡可能的減少不必要的錯誤和誤差。

來源：《理化檢驗-物理分冊》微信公眾號