新技术缩短了3D打印机部件的精加工时间

近日，美国北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种技术，能让使用3D打印技术制造金属机械零件的人员在精加工过程中，对制造零件进行自动质量控制。该技术使用户无需将零件从制造设备上取下就能识别潜在缺陷，从而提高了生产效率。

这项工作论文的共同通讯作者，同时也是北卡罗来纳州立大工业与系统工程系的助理研究教授Brandon McConnell说：3D打印和其他增材制造技术吸引人们的原因之一是，这些技术可以让用户快速更换关键的机器部件，否则这些部件很难在工厂之外制造出来。

精加工后安装在计算机数控机床上的3D打印部件示例，测头正准备进行自动测量

增材制造工具可以根据需要实现这一点，而不是处理可能需要长时间等待的供应链。这通常意味着使用3D打印技术按需制造小批量的机械零件。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再进行测量，然后再放回制造设备中进行适度调整。

McConnell说：这可能需要反复进行，花费大量时间。我们在这里的工作加快了这一过程。具体来说，研究人员将3D打印、自动加工、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，可以生产出符合关键公差要求的金属机械部件。

当最终用户需要一个特定的零件时，他们会调出一个软件文件，其中包括所需零件的测量值。3D打印机使用该文件打印出零件，其中包括金属支撑结构。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，精加工设备会控制印刷部件的方向，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。

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，然后使用新工艺制造了相同的零件。McConnell表示：使用传统技术，可以在200分钟内完成零件；而使用新技术，可以在133分钟内完成同样的零件。根据不同情况，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。例如在应急响应情况下，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。

McConnell说：在这项技术中使用的所有硬件都可以在市场上买到，在论文中也清楚地概述了必要的软件，因此我们认为这种新方法几乎可以立即被采用并投入使用。我们愿意与有兴趣在业务中使用这项技术的合作伙伴进行合作。