无支撑金属3D打印：VELO3D成功探索全球范围可重复、无差别制造

采用单一的数字打印文件，在世界范围内不同地点、不同3D打印机上产生相同的结果，对几乎所有金属3D打印设备商来说几乎都难以保证。然而，这一情况的实现，将使可扩展生产成为可能，制造商才会有信心在现在和将来的任何时候，在任何类似的机器上制造出符合规格的相同零件，而不需要额外开发。

即便金属3D打印已经成为航空航天这一高端应用领域不可或缺的重要技术，但直到现在，几乎没有金属L-PBF供应商能够在全球范围内实现可重复的3D打印分布式制造。

基于此，能源领域高端制造商IMI Critical和Velo3D携手合作，探索了金属3D打印可重复分布式制造的可行性。该项目的目标是证明Velo3D Sapphire打印机可以解决许多3D打印平台一直在努力解决的生产可扩展性和就绪性问题——使用相同的打印文件在不同的打印机上生产符合规格的相同部件，而无需任何进一步的开发工作。如果成功，这将使IMI Critical 确认可以采用该技术扩大生产规模，使用相同的打印文件在世界上任何Sapphire打印机上可靠的生产相同零件。

IMI Critical和Velo3D通过在三个不同国家、六个地点的装备，打印完全相同的节流阀来实施该项目。该部件是用于注水井的高压流量控制装置，传统上通过机械加工和钎焊等方式制造，用于防止侵蚀、噪音和振动问题，基于3D打印的优化设计提高了该部件的性能。

IMI Critical此前已经使用Velo3D的打印机进行了相关产品的制造，而开展分布式制造项目的探索，则是为了验证能否依赖这一新技术扩大生产规模。该公司新产品开发总监Steve Freitas表示：“从最终确定新阀门设计，到决定在不同地点打印更多零件，这一年的等待让该产线上的每个人充满焦虑。而在产品开发一年之后，在没有对设备进行额外开发、认证的前提下，再次批量生产零件，谁也无法确认它能否符合规范。”

Velo3D的打印文件包括3D打印的整个指令集，从IMI Critical的PLM系统中提取，安全的发送到三大洲的六个制造基地（四个在美国，一个在亚洲，一个欧洲），并与在Velo3D总部的打印结果进行对比。

该项目的实施方式

• 在每个站点，Velo3D Sapphire系统都经过一系列校准检查，确保可预测和一致的打印结果。3D打印技术参考此前曾经介绍，Velo3D配备了一键式校准解决方案，只需点一下按钮，校准程序就可以对打印机的精度和一致性进行检查；在工作过程中，系统也会每隔几层自动检查激光对准情况，从而在出现问题之前消除任何漂移。除此之外，每次构建之前系统还会自动检查耗材的级别或寿命，并在机器监视器上显示相关信息。

• 锁定的“GoldenPrintFile”被加载到每个Velo3D Sapphire系统中，同时无法更改激光指令参数集。原始打印文件没有任何改动，使用Velo3D的打印准备软件Flow分配的基于特征的参数创建。根据3D打印技术参考此前的介绍，在打印工艺方面，Velo3D在系统中配置有超过20种标准化的参数组合，用户只需要在Flow预处理软件中点一下按钮就可以自动根据零件的特征选择合适的工艺参数。这样可以节省数月的开发时间，并减少对专业技术人员的需求。

• 每个构建包含两个部分，并在现场打印。校准过程和打印执行质量均由嵌入在每个Sapphire系统中的Assure进行监控。Assure质量保证软件可以逐层提取和跟踪数据，从而可以对机器的运行状况进行详尽记录，监视构建过程的任何缺陷确保生产质量，并最终提供详细的构建报告。

• 构建报告由Assure自动生成，它从监控构建的800多个传感器收集数据——确保每台机器上的每个构建都在过程控制限制内一致执行。对于所制造的零件，从Assure收集的数据符合相关规定的要求，并无缝集成到OEM的质量体系中。

• 每次构建后，都会从零件上去除多余的粉末。

• 将部件消除应力并从构建板上取下，在同一位置进行额外的热处理和机加工。

• 对零件进行严格的质量控制，包括尺寸检查、机械测试和流量测试。

• IMI Critical和Velo3D通过在六个地点和三个不同的国家打印相同的认证部件来证明分布式制造。

结果

完成上述步骤后，将12个打印部件（六个生产地点各有两个部件）的数据整理完成。最终得出的结论是，机械测试和流动测试以及材料试样的破坏性和非破坏性评估表明，所有部件在冶金和功能方面均符合IMI的设计和性能规范。

Velo3D技术业务开发总监ZachWalton表示：“我们现在有信心，无论是两周后还是两年后，将来都可以在这些供应商中的任何一家打印相同的打印文件。”“数字产品定义在API20S中被阐明为复制增材制造组件所需的数据集合，与项目最初的结果相比没有变化，这证明了无需重新认证或重新开发——这对O&G来说是一个巨大的胜利以及其他试图部署分布式制造的行业。”

这些结果表明，使用先进的粉末床激光熔融(LPBF)金属3D打印技术可以实现可重复的分布式制造。