長三角G60雷射聯盟導讀
據悉，北卡羅來納州立大學的研究人員展示了一種技術，該技術可以使用3D列印技術制造金屬機械零件的人員在精加工過程中對制造的零件進行自動化品質控制。相關研究成果以“Automatic feature-based inspection and qualification for additively manufactured parts with critical tolerances”為題發表在《International Journal of Manufacturing Technology and Management》上。
北卡羅來納州立大學的研究人員展示了一種技術，該技術可以使用3D列印技術制造金屬機械零件的人員在精加工過程中對制造的零件進行自動化品質控制。這項技術讓使用者無需将零件從制造裝置上取下，就能找出潛在的缺陷，進而提高了生産效率。
布蘭登·麥康奈爾(Brandon McConnell)稱，人們被3D列印和其他增材制造技術所吸引的原因之一是，這些技術允許使用者快速替換關鍵的機器部件，否則這些部件在工廠外很難制造。他是關于這項工作的論文的共同通訊作者。
圖：精加工後安裝在計算機數控機床上的3D列印零件示例；觸摸探頭正準備進行自動測量，在精加工過程中對 3D 列印部件進行自動品質控制。資料來源：北卡羅來納州立大學
在列印出金屬機械零件後，還需要對其進行額外的精加工和測量，以確定零件符合關鍵的公差要求。換句話說，零件的每個方面都必須尺寸合适。目前，這需要将零件從相關制造裝置中取出，進行測量，然後再放回制造裝置中進行适度調整。
這可能需要反複進行，耗費大量時間。而該研究在這部分的工作加快了這一程序。
具體來說，研究人員将3D列印、自動化加工、雷射掃描和觸摸感應測量技術與相關軟體內建在一起，建立了一個基本自動化的系統，用于生産符合關鍵公差要求的金屬機械部件。
工作原理：當最終使用者需要一個特定的零件時，他們打開一個軟體檔案，其中包括所需零件的測量值。 3D列印機使用該檔案列印出包括金屬支撐結構在内的部件。然後，使用者将列印好的部件利用支撐結構安裝到精加工裝置中。
此時，雷射會對安裝好的部件進行掃描，以确定其尺寸。然後，軟體程式利用這些尺寸和所需的關鍵公差來引導精加工裝置，進而有效地打磨掉零件上的任何不規則部分。
在這一過程中，精加工裝置會控制列印部件的方向，以便通過觸摸式機器人探頭進行測量，確定部件的尺寸在必要的參數範圍内。
圖：學生們在北卡羅來納州立大學的增材制造和物流中心(CAMAL)工作。圖檔來源:北卡羅來納州立大學
為了測試新方法的性能，研究人員使用傳統的3D列印和精加工技術制造了一個機器零件，然後使用他們的新工藝制造了同樣的零件。
實驗證明，使用傳統技術，能夠在200分鐘内完成零件；而使用本研究的新技術，能夠在133分鐘内完成同樣的零件。根據不同的情況，節省67分鐘是非常重要的。在大多數專業領域，時間就是金錢。例如，在緊急情況下，這可能就是生與死的差別。
研究人員指出，這項工作的重點是列印和加工包括活塞等圓形或圓柱體的機器零件。不過，這種方法也可适用于具有其他特征的機器零件。
在這項技術中使用的所有硬體都是市售的，論文中清楚地概述了必要的軟體，是以研究人員覺得這種新方法幾乎可以立即被采用并投入使用。随着增材制造應用的增長，3D列印将提高一系列行業的效率。
論文連結：
Christopher J. Kelly et al, Automatic feature-based inspection and qualification for additively manufactured parts with critical tolerances, International Journal of Manufacturing Technology and Management (2024). DOI: 10.1504/IJMTM.2024.138337
https://newsconcerns.com/new-technique-improves-finishing-time-for-3d-printed-machine-parts/
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