看美國增材製造標準化路線圖所揭示的設計方面的26個當前短板

標準化對行業的健康發展起到積極作用，不僅僅是可以潤滑上下游產業鏈的溝通，還可以啟示企業如何錯位競爭。美國增材製造創新中心（America Makes）在積極的加速增材製造的技術發展與應用轉化。這方面他們通過將整個行業的生態圈，從上游到中游，下游以及用戶端邀請在一起切磋需求與短板，可以說市場需求是制定各項標準與政策的基礎。

本期，筆者與3 D科學谷的谷友一起來了解美國增材製造創新中心（America Makes)與美國國家標準中心（AmericanNational Standards Institute)所剛剛發布的增材製造標準化路線圖所探討的當前增材製造行業所面臨的設計方面的26個當前短板，感受他們關於大標準化的視野。

設計領域

的26個Gap

Design-設計領域

Gap 1決策支持：增材製造vs減材製造

當前缺乏一個標準來判斷在製造一個零件的時候是通過增材製造還是減材製造更具優勢。

Gap 2決策支持：增材過程

當前缺乏對不同的3D列印技術優劣之處深入刻畫的標準，這使得設計者缺乏判斷應該採用哪種3D列印技術。ASTM與ISO正在開發《WK38342為增材製造而設計的新指南》，然而，除此之外，還需要更加細化的針對每個加工要求所對應的工藝標準。

Gap 3具體工藝設計指南

ASTM與ISO開發了關於PBF技術的具體工藝設計指南。還有其他6個技術缺乏工藝設計指南。

Gap 4具體應用設計指南

當在某些具體的增材製造應用領域技術已經相對成熟的時候，最好的加工工藝應該被記錄下來。

Gap 5定製化指南

不同製造商的設備加工出來不同的結果，工藝與應用之間的指南的確提供了一定的參考幫助。但還需要額外的指南來幫助理解如何調整和具體化參數來滿足個體要求。

Gap 6軟體工程、機器可讀的指南

ASTM標準委員會的F42專委會正在支持開發《WK54856為增材製造設計規則的原則》。

Gap 7新的表面處理能力

需要一種設計指南來詳述新的表面處理工藝。

Gap 8設備產能報告

需要一個標準來記錄設備消耗與產能以決定製造靈活性。

Gap 9增材製造模擬基準代碼/零件需求

需要一個關於具體化工藝的增材製造基準模型，包括零件的要求與工藝模擬工具之間的相互確認。

Gap 10為組裝而設計

為製造和組裝而設計(design formanufacturing and assembly-DFMA)需要通過不同的參數設置組合來考慮支撐部分的複雜性，去除時間，後處理的複雜性以及製造時間，質量。

Gap 11設計結構性電子

需要有一種標準來規範3D列印結構性電子

Gap 12醫療領域的設計：原始數據（CT,MRI,超聲），圖像的一致性

目前沒有一種流程可以保證將原始數據轉成三維模型的時候是準確無誤的，如何保證準確性大多靠經驗積累，需要將最好的做法上升為可參考的框架體系。

Gap 13醫療領域的設計：數據處理，圖片處理以及2D轉3D

骨組織、軟組織和血管結構通過分割過程分離。這種分割過程並不是半自動的而是手動編輯的。建模的準確度依賴於如X射線劑量、圖像操作能力、灰度解析度以及高解析度的2D到3D的轉換演算法等因素。

Gap 14醫療領域的設計：複雜結構的設計，為便於清潔而設計

醫療零件，必須清洗製造殘留物。尤其是對於病人接觸的設備，這種清洗必須允許設備通過生物反應性測試，包括細胞毒性和炎症。殘留在部件上殘餘可能包括冷卻液，或者粉末等等都需要被清除，而不是還殘留在複雜的幾何形狀內部，包括那些晶格。

Gap 15醫療領域的設計：複雜結構的設計，測試試樣

醫療零件，尤其是那些含有複雜結構的零件，包括晶格設計，以及在納米尺度上進行的表面拓撲設計，這些都對測試帶來極大挑戰。而目前缺乏在一個批次生產中如何決定測試試樣的標準。

Gap 16醫療領域的設計：複雜結構的設計，功能梯度材料驗證

對於複合材料與複合結構的材料特性標準（包括剛性、密度、熱傳導性等等）這些功能梯度材料驗證的標準還沒有建立。

Gap 17設計歸檔：技術數據包內容（Technical Data Package-TDP）

技術數據包內容是指提交給供應商的數據信息，目前還缺乏這樣的框架來指導如何在關於材料、加工工藝、後處理等環節上加以控制，達到加工出一致性與高質量的產品。

Gap 18設計歸檔：新的尺寸和公差

ASME Y14.41已經提供了一些在設計方面的存檔要求，正在開發的ASME Y14.46將更加具體化關於尺寸和公差的標準。

Gap 19設計歸檔：圖表架構的要求

需要一個圖表來幫助組織增材製造過程的產品數字化描述，來顯示當前是如何確認加工工藝共識以及如何傳遞一致性的數據內容與構架。

Gap 20設計歸檔：中立的建構格式

當使用不同的設備生產商的設備的時候，很多參數是不通用的，需要建立一種行業規範，不管是哪個設備生產商生產的設備，都能夠接受一些共同的文件格式。

Gap 21設計歸檔：設計文件里的新術語

雖然一些增材製造的標準術語已經確認了，他們目前並不包含特定應用情況下的術語。

Gap 22設計歸檔：過程中監測

目前沒有對過程中檢測與控制的標準數據模型與歸檔。

Gap 23設計歸檔：新的功能性表面特徵

對於新的表面處理工藝，需要對設計文檔具體的要求加以規範。

Gap 24設計歸檔：交接規範描述

對於一個增材製造零件需要從第三方交接過來的具體規格說明。

Gap 25設計的驗證和確認：數字零件設計的配置控制

增材製造零件與他們的數字定義直接相關，在修改一個設計的時候，需要其他相關信息，包括數字處理過程的參數定義，軟體版本等等。

Gap 26增材製造特徵的測量,驗證設計的功能如晶格設計

Gap 18中提到關於標準化尺寸與公差(GD&T)的努力正在進行，現存的測試零件一致性的V&V方法需要與GD&T規範結合起來使用。這些規範將可能對例如螺旋結構這樣複雜的設計提供測量方法，以及用於像當前Go/NoGo以及CMM難以測量的設計。檔需要測量內部設計的時候，包括超聲以及射線的方法將被用於高公差確定。

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