質(zhì)量是3D打印的最終前沿。工業(yè)應(yīng)用的批量生產(chǎn)需要一種能夠可靠地提供質(zhì)量一致的零件的制造方法，但到目前為止，這一目標(biāo)還沒有達(dá)到增材制造。就目前而言，如果要打印工業(yè)元件，經(jīng)過特定培訓(xùn)的工程師需要在構(gòu)建期間和之后監(jiān)控、分析和糾正錯(cuò)誤。不是一種可擴(kuò)展的操作方式。

增材制造工作流程需要變得更易于管理，并提供一致、易于認(rèn)證的產(chǎn)品，無論實(shí)施該工作流程的工廠或員工如何。今年，貝克休斯和奧克頓朝著這個(gè)方向邁出了重要的一步，為可變電阻微調(diào) （VRT） 元件的批量生產(chǎn)奠定了端到端工藝的基礎(chǔ)。

該工作流程具有全數(shù)位化框架，包括類比和實(shí)時(shí)過程監(jiān)控工具，以及基于人工智能的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和異常分析。它建立了一個(gè)端到端的流程，可以限度地減少現(xiàn)場故障，提高可重復(fù)性，并在出現(xiàn)問題時(shí)將責(zé)任分配給正確的參與者。

圖 1：使用此工作流程制造的 VRT 元件的 3D 表示

它是如何完成的

需要幾個(gè)步驟來創(chuàng)建一個(gè)端到端的自主流程來打印VRT元件。

首先，有必要設(shè)置制造商車間的數(shù)位副本。在VRT案例中，使用Oqton Manufacturing OS。每臺(tái)打印機(jī)都有其數(shù)位版本，其中包含基本狀態(tài)信息，組織成員被分配角色，并定義了材料、供應(yīng)商、客戶、加工和后處理活動(dòng)。每個(gè)訂單都是虛擬提交的。

接下來是篇文章的構(gòu)建準(zhǔn)備和確保質(zhì)量的步。材料、機(jī)器和工藝參數(shù)、切片和剖面線策略、方向、半自動(dòng)和參數(shù)化支撐策略、基于仿真的校正以及其他參數(shù)一起選擇。構(gòu)建和熱模擬在質(zhì)量方面起著特別重要的作用，因?yàn)樗鼈兪刮覀兡軌蜃R(shí)別潛在的裂紋、重涂機(jī)碰撞、過熱、收縮線等。零件具有其的ID，相關(guān)文件、元數(shù)據(jù)和模擬摘要將上傳到制造作業(yè)系統(tǒng)。

圖 2：Oqton Manufacturing OS 使增材制造組織能夠創(chuàng)建車間的數(shù)位副本

我們現(xiàn)在擁有打印所需的所有元素。該工作流程包括對(duì)印刷的原位監(jiān)控。打印機(jī)通過具有足夠計(jì)算能力的工業(yè)計(jì)算機(jī)連接到制造作業(yè)系統(tǒng)。分析物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的過程偏差，并使用人工智能模型對(duì)圖像進(jìn)行異常檢測(cè)。如果出現(xiàn)問題，操作員會(huì)通過電子郵件或直接在云儀表板上收到警報(bào)。在打印結(jié)束時(shí)，他們會(huì)得到一份緊湊的摘要報(bào)告。

然后檢查件物品。對(duì)零件的異常情況進(jìn)行分析，包括其尺寸、位置的關(guān)鍵性以及與模擬數(shù)據(jù)和掃描路徑等的相關(guān)性。這提供了有關(guān)質(zhì)量的見解，并揭示了問題的可能根本原因。根據(jù)結(jié)果，工程師可以決定是將零件送入生產(chǎn)、報(bào)廢還是送去進(jìn)行進(jìn)一步的無損檢測(cè)。所有分析的結(jié)果共同構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)集，用于在工業(yè)規(guī)模上復(fù)制零件的質(zhì)量保證比較。

使用此工作流程生成和跟蹤的數(shù)據(jù)有助于確保任何獨(dú)立合格生產(chǎn)網(wǎng)站的質(zhì)量始終如一。制造商通常擁有多個(gè)設(shè)施，甚至分包制造，因此無論生產(chǎn)地點(diǎn)如何，他們都需要確保其零件始終相同。通過該解決方案，所有工廠都將收到VRT的生產(chǎn)訂單和有關(guān)所需質(zhì)量規(guī)格的報(bào)告。

端到端制造過程的完整數(shù)據(jù)集被記錄并包含在質(zhì)量報(bào)告中，符合行業(yè)的可追溯性要求。在審計(jì)或事件根本原因分析的情況下，可按需提供。

技術(shù)先決條件

一些技術(shù)要求支撐著這種端到端的增材生產(chǎn)解決方案。這里只是一些最重要的。

首先，您需要的基于物理的計(jì)算技術(shù)。端到端方法利用速度極快的 GPU 原生體素有限元求解器，該求解器具有自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，專注于預(yù)測(cè)某些異常、過熱和預(yù)變形計(jì)算。

用于異常分割和聚合的 AI 模型發(fā)揮著重要作用。該解決方案中使用的模型在海量數(shù)據(jù)上進(jìn)行了訓(xùn)練，以實(shí)現(xiàn)具有體積聚合的自動(dòng)圖像分類和分割。

3D打印的一個(gè)主要障礙是，從傳感器和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)類型到通信協(xié)定等，各個(gè)方面都缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。我們決定只使用幾乎每臺(tái)打印機(jī)通用的傳感器數(shù)據(jù)——氧氣水平、壓力、溫度——以及來自標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)的光學(xué)圖像。

其他應(yīng)用程序如何受益？

端到端質(zhì)量工作流程的開發(fā)是為了實(shí)現(xiàn)VRT元件的串行列印，但制造商也可以從將相同的程序應(yīng)用于其他部件中獲益。貝克休斯正在為許多其他關(guān)鍵部件實(shí)施該流程，這些部件將在序列化生產(chǎn)中生產(chǎn)。

該工作流程還有助于在出現(xiàn)問題時(shí)確定制造過程的確切階段。最近，Oqton 用它來證明元件上出現(xiàn)的裂紋不是在打印過程中引起的，而是在后處理過程中引起的，從而節(jié)省了構(gòu)建準(zhǔn)備修改的時(shí)間。

在高度監(jiān)管的行業(yè)中，關(guān)鍵部件的責(zé)任是新技術(shù)實(shí)施的重大障礙，這一過程通過正確記錄和分配潛在責(zé)任來幫助解決這一差距。如果操作失敗，包括增材制造元件，則會(huì)引發(fā)有關(guān)問題根本原因以及增材制造部件是否是問題根源的問題。該工作流程允許制造商跟蹤生產(chǎn)過程的每個(gè)步驟，并提供易于閱讀和快速的報(bào)告，從而輕松快速地確定生產(chǎn)過程中發(fā)生的偏差以及它們是否導(dǎo)致了故障。

此外，此工作流程有助于防止代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。如今，制造商正在打印大型零件。此類作品的材料、機(jī)器和操作時(shí)間都很昂貴，因此打印失敗會(huì)帶來巨大的損失。在異常開始時(shí)停止打印可以防止這種情況發(fā)生。

為VRT元件開發(fā)的端到端方法對(duì)金屬增材制造具有重大意義。這些是增材制造工作流程的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，可用于制造工業(yè)零件。這是增材制造技術(shù)向成熟制造技術(shù)演進(jìn)的新階段的開始。

圖 3：簡化工業(yè)增材制造需要能夠跟蹤零件質(zhì)量并評(píng)估構(gòu)建性能的軟件

Oqton， Inc. 執(zhí)行官 Ben Schrawowen 將參加即將于 2024 年 2 月 6 日至 8 日在紐約舉行的增材制造戰(zhàn)略商業(yè)峰會(huì)。Schrauwen 將在題為「小組討論 2：增材制造工作流程軟件」的小組討論中發(fā)言。