航天领域3D打印遇到的新问题：数据太大与转换失真

随着金属3D打印装备做的越来越大，为打印更大尺寸的零件提供了可能。但目前遇到的问题是，大尺寸的零件数据量很大。从原始设计，到转化为可3D打印的数据格式，还存在转换误差；对零件模型添加支撑或者进行打印过程监控，所产生的数据量已经到达了新的高度，影响到了用户当前的便捷使用。这也是当前诞生出很多新的数据格式的原因之一，但其依然依靠数据格式转换，在应用过程中并不便捷。

借助于3D打印技术，用户可以在几周内完成从设计、制造到组装和热火测试的整个过程。而传统上，完成一次设计迭代需要数年时间。3D打印带来的效率提升无疑是革命性的，这也是航空航天领域大力发展3D打印技术的重要原因。

但采用3D打印技术制造零件，仅打印部分就涉及到多个环节，如数据格式转换、修复、摆放、添加支撑，为后续的机加工添加预留以及设计夹具等等。所使用到软件可能不止一个。数据在流转过程中，容易出现各种问题。行业内仅有少数公司关注到了该问题，使这些流程能够在一个软件内完成。

其中一个例子是美国太空推进解决方案提供商Agile Space Industries，其提供从设计、3D 打印服务、减材制造到测试能力的多种服务。通过使用Oqton的工业 3D打印软件3DXpert为其生产流程带来了极大便利。

在3D打印制造的过程中，工程师通常需要将数据文件转化为STL文件才能进行切片，这实际上存在很多问题，如修复错误，其中最大的问题之一是对原始几何形状的转换误差。

Agile Space Industries增材制造总监Kyle Metsger表示，“我们的每一个组件都具有精细的通道、精细的特征和严格的公差。当采用CAD数据转换为STL模型时，精细的原始几何形状会转换为近似值，从而会带来误差。由于打印打印数千的孔和通道，因此尺寸变化很难控制。”

该公司增材制造高级工程师也表示，"转换为STL会导致几何图形出现偏差，这也意味着我们正在以未知的方式重新定义特征，这是一种风险。我们所有的产品都是性能驱动的，但性能本质上来自于功能。我们越忠实的进行数据准备，越精细的分辨率越能体现最终设计。”

修复STL是可能的解决方法，但根据经验，编辑客户的几何数据很难确保完全满足法规要求。在这种情况下，Agile Space Industries选择使用3DXpert进行数据处理，其增材制造总监指出了3DXpert为其切片流程带来的多项优势——节省时间、消除可变性和降低硬件要求。这些源于一项功能：使用3D打印机指定格式，对三维模型进行切片计算。

由于许多内部功能和高分辨率，航空航天领域制造的许多组件的CAD模型数据量都非常大。复杂的CAD几何形状会产生大型STL文件，计算机在运行过程中需要大量内存。

当将航天领域的一个CAD模型转换为STL时，它可能会达到1GB或更大。该大小的文件的硬件要求逐渐增加。上述用户曾经遇到过这样的情况：在其他数据准备软件中移动文件，加载就需要20分钟；对于一个4英寸的推进器喷射器组件，数据准备需要14小时，并且STL文件中存在1到5微米的偏差。这对他们的工作流程产生了重大影响。

在3DXpert中，可以对原生CAD模型进行切片，并且对电脑内存的要求要小得多。“我们过去常常在工作日进行数据准备，然后让计算机通宵运行来对文件进行切片。我们无法在同一天打印该零件，借助3DXpert，我们发现从数据准备准备到机器的总时间减少了60%到70%。”Metsger 补充道。

3DXpert的另一个重要优势是可以轻松为在不同位置运行的项目创建单个连续的数字线程。Agile Space Industries在宾夕法尼亚州芒特普莱森特和科罗拉多州杜兰戈的两个工厂生产零部件。两个站点之间的顺畅通信和文件传输是其运营不可或缺的一部分：“当创建关键任务组件时，即使是数字线程中的小错误也是不能容忍的。我们需要在整个制造过程中建立一条无懈可击的数字主线。”

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总结来说，3DXpert节约了60%-70% 3D打印数据处理的时间，通过直接从CAD模型进行切片来避免设计误差，同时该软件极大压缩了模型数据的大小，这对于航空航天领域大尺寸零件3D打印制造来说至关重要。