长三角G60激光联盟导读
据悉，北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种技术，该技术可以使用3D打印技术制造金属机械零件的人员在精加工过程中对制造的零件进行自动化质量控制。相关研究成果以“Automatic feature-based inspection and qualification for additively manufactured parts with critical tolerances”为题发表在《International Journal of Manufacturing Technology and Management》上。
北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种技术，该技术可以使用3D打印技术制造金属机械零件的人员在精加工过程中对制造的零件进行自动化质量控制。这项技术让用户无需将零件从制造设备上取下，就能找出潜在的缺陷，从而提高了生产效率。
布兰登·麦康奈尔(Brandon McConnell)称，人们被3D打印和其他增材制造技术所吸引的原因之一是，这些技术允许用户快速替换关键的机器部件，否则这些部件在工厂外很难制造。他是关于这项工作的论文的共同通讯作者。
图：精加工后安装在计算机数控机床上的3D打印零件示例；触摸探头正准备进行自动测量，在精加工过程中对 3D 打印部件进行自动质量控制。资料来源：北卡罗来纳州立大学
在打印出金属机械零件后，还需要对其进行额外的精加工和测量，以确保零件符合关键的公差要求。换句话说，零件的每个方面都必须尺寸合适。目前，这需要将零件从相关制造设备中取出，进行测量，然后再放回制造设备中进行适度调整。
这可能需要反复进行，耗费大量时间。而该研究在这部分的工作加快了这一进程。
具体来说，研究人员将3D打印、自动化加工、激光扫描和触摸感应测量技术与相关软件集成在一起，创建了一个基本自动化的系统，用于生产符合关键公差要求的金属机械部件。
工作原理：当最终用户需要一个特定的零件时，他们打开一个软件文件，其中包括所需零件的测量值。 3D打印机使用该文件打印出包括金属支撑结构在内的部件。然后，用户将打印好的部件利用支撑结构安装到精加工设备中。
此时，激光会对安装好的部件进行扫描，以确定其尺寸。然后，软件程序利用这些尺寸和所需的关键公差来引导精加工设备，从而有效地打磨掉零件上的任何不规则部分。
在这一过程中，精加工设备会控制打印部件的方向，以便通过触摸式机器人探头进行测量，确保部件的尺寸在必要的参数范围内。
图：学生们在北卡罗来纳州立大学的增材制造和物流中心(CAMAL)工作。图片来源:北卡罗来纳州立大学
为了测试新方法的性能，研究人员使用传统的3D打印和精加工技术制造了一个机器零件，然后使用他们的新工艺制造了同样的零件。
实验证明，使用传统技术，能够在200分钟内完成零件；而使用本研究的新技术，能够在133分钟内完成同样的零件。根据不同的情况，节省67分钟是非常重要的。在大多数专业领域，时间就是金钱。例如，在紧急情况下，这可能就是生与死的区别。
研究人员指出，这项工作的重点是打印和加工包括活塞等圆形或圆柱体的机器零件。不过，这种方法也可适用于具有其他特征的机器零件。
在这项技术中使用的所有硬件都是市售的，论文中清楚地概述了必要的软件，所以研究人员觉得这种新方法几乎可以立即被采用并投入使用。随着增材制造应用的增长，3D打印将提高一系列行业的效率。
论文链接：
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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