根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，3D打印在批量生產(chǎn)航空航天零件方面漸入佳境，這種技術(shù)在節(jié)省材料、簡化裝配流程并制造更輕、更堅(jiān)固的組件，同時(shí)減少庫存和交貨時(shí)間具備獨(dú)特的優(yōu)勢。而3D打印技術(shù)在取得立足的優(yōu)勢之后，也隨著自身技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入到量產(chǎn)的領(lǐng)域。

不過在獲得翱翔天空的資格之前，零件的認(rèn)證是關(guān)鍵，尤其對于3D打印-增材制造的零件來說。

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從檢測到仿真

/ CT與加工的相輔相成
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，用于制造 3D 打印零部件必須全面、科學(xué)地回答材料完整性和質(zhì)量一致性的問題。特別是對于飛行關(guān)鍵零部件，目前用于完成此任務(wù)的技術(shù)是計(jì)算機(jī)斷層掃描，也就是眾所周知的 CT 掃描。
作為一項(xiàng)已有數(shù)十年歷史的技術(shù)，CT 掃描是一種可行的方式，可以窺視和穿透零件以發(fā)現(xiàn)隱藏的內(nèi)部缺陷。CT 掃描還允許增材制造 (AM) 用戶驗(yàn)證他們的設(shè)備是否正常運(yùn)行，以及他們的工藝是否合理且可重復(fù)——能夠產(chǎn)生相同的冶金和機(jī)械特性。
CT 掃描通過 X 射線源從多個(gè)角度生成對象的數(shù)字切片，然后，軟件可以使用適合各種分析的相應(yīng)數(shù)據(jù)集將 2D 圖像重建為高度準(zhǔn)確的 3D 模型?？紫?、分層、裂紋、空隙和其他缺陷清晰可見，內(nèi)部零件特征也是如此，否則需要橫截面和其他破壞性檢測方法來檢驗(yàn)零件內(nèi)部是否存在缺陷。
在航空級 AM-增材制造金屬零件生產(chǎn)中，最常用的是激光粉末床熔化 (LPBF) 工藝，包括選區(qū)激光熔化 (SLM、DMLS)。這些技術(shù)還擁有最昂貴的設(shè)備，并且由于 LPBF 的構(gòu)建速度相對較低且材料成本較高，因此制造商3D打印全尺寸零件通常需要進(jìn)行多次迭代，并逐個(gè)進(jìn)行 CT 掃描以確定工藝的完美。
在進(jìn)行小批量制造之前，制造商必須通過在構(gòu)建室內(nèi)的不同位置和方向打印小型測試立方體來確定生產(chǎn)操作參數(shù)。然后對這些材料進(jìn)行 CT 掃描，了解材料密度和一致性、尺寸精度等屬性。發(fā)現(xiàn)缺陷的操作員可以調(diào)整激光功率和其他變量，打印多個(gè)測試樣本以優(yōu)化生產(chǎn)力和零件質(zhì)量。
然后對較大的零件以及具有代表目標(biāo)零件的復(fù)雜幾何形狀的零件重復(fù)此過程，并反復(fù)評估冷卻通道、懸垂和各種壁厚等設(shè)計(jì)元素，直到金屬制造過程具有可預(yù)測性。
測試是一項(xiàng)重大投資，往往超出設(shè)備本身的投資。任何金屬 AM -增材制造零件供應(yīng)商都應(yīng)在生產(chǎn)時(shí)間、原材料、操作員培訓(xùn)以及 CT 掃描設(shè)備和軟件的使用方面為測試提供足夠的預(yù)算。當(dāng)前任何新的 3D 打印技術(shù)都需要長達(dá)一年的工藝開發(fā)，然后對每臺后續(xù)機(jī)器進(jìn)行幾個(gè)月的微調(diào)。
鋁、鈦、哈氏合金和 Inconel 高溫合金被飛機(jī)制造商廣泛接受，但當(dāng)零件是通過 3D 打印制成時(shí)，預(yù)計(jì)會受到更嚴(yán)格的審查，尤其是還有可能使用新的合金，所有這些都需要在飛行使用前進(jìn)行廣泛嚴(yán)格的測試。
CT 掃描已被證明是鑒定這些材料和未來材料的重要工具。對于3D 打印支架、燃料噴嘴和渦輪部件而言，情況確實(shí)如此。并且制造商可以使用 CT 分析單個(gè)晶粒的高分辨率模型，該模型只有一兩個(gè)微米。
材料污染也是使用金屬 3D 打印的制造商關(guān)注的問題，只有通過嚴(yán)格的材料處理和采購程序才能避免污染。有辦法在污染確實(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)現(xiàn)污染，這一點(diǎn)至關(guān)重要。這些事件很容易用 CT 掃描發(fā)現(xiàn)，故障在零件圖像中表現(xiàn)為亮點(diǎn)。

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/ 軟件助力產(chǎn)業(yè)化
在未來幾十年中，金屬增材制造在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用有望增長。更輕、更堅(jiān)固、更省油的組件的設(shè)計(jì)自由度和機(jī)會很容易抵消發(fā)展中遇到的重重障礙。此外，3D 打印零部件將變得更加高效。
AM 增材制造設(shè)備制造商繼續(xù)提供更快、更準(zhǔn)確和更易于使用的機(jī)器，而 CT 掃描提供商和軟件公司則通過開發(fā)互補(bǔ)系統(tǒng)來跟上步伐。一個(gè)例子是基于軟件的網(wǎng)格補(bǔ)償，這種補(bǔ)償減少了增材制造零件設(shè)計(jì)階段的迭代周期數(shù)，可以預(yù)測變形并在零件幾何形狀內(nèi)自動對其進(jìn)行補(bǔ)償。
構(gòu)建策略也起作用。例如，動態(tài)調(diào)整光束尺寸、功率和橫移速度的方法會對零件質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此，在掃描件和設(shè)計(jì)件模型之間建立反饋回路、比較兩者并優(yōu)化構(gòu)建參數(shù)以最大程度地減少差異至關(guān)重要。
在這方面，國際上的軟件公司在深層次地推動增材制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，用于設(shè)計(jì)增材制造零件的 CAD 系統(tǒng)、用于檢驗(yàn)建模性能的仿真軟件以及用于檢查和分析最終工件的檢測軟件。通過這些系統(tǒng)，航空航天制造商能夠更快、更高效、更一致地設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更好的零件。