近日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的制造技術(shù)研究人員們針對(duì)基于粉末床的金屬3D打印熔融工藝開發(fā)了一套指導(dǎo)原則，他們希望能夠藉此標(biāo)志出金屬3D打印工藝中的關(guān)鍵未知因素，從而能夠使這些技術(shù)能夠更好地自動(dòng)微調(diào)。 

NIST成立于1901年，目前隸屬于美國商業(yè)部，它是全美歷史最悠久的物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)室之一。當(dāng)時(shí)美國國會(huì)設(shè)立這一機(jī)構(gòu)是為了讓美國在測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施方面能夠與英國、德國等經(jīng)濟(jì)對(duì)手相匹敵。到現(xiàn)在，NIST已經(jīng)能夠在更為廣泛的領(lǐng)域內(nèi)為從納米技術(shù)到類似于抗震摩天大樓和寬體客機(jī)這樣龐大而復(fù)雜的技術(shù)項(xiàng)目提供測(cè)量支持。 

這份報(bào)告系統(tǒng)地將過程輸入與過程中的現(xiàn)象聯(lián)系了起來，這樣就能夠通過測(cè)量或建模來量化零部件質(zhì)量，量化指標(biāo)包括了材料特性、尺寸精度，以及表面粗糙程度等。 

這種粉末床熔融工藝通常會(huì)使用激光選擇性地加熱和熔融整床金屬粉末中的一薄層。由于它對(duì)于航空航天和汽車制造企業(yè)進(jìn)一步開發(fā)金屬打印能力至關(guān)重要，因此NIST的這份報(bào)告旨在幫助推動(dòng)過程控制和可靠性進(jìn)一步改進(jìn)。

NIST表示，使用粉末床熔融技術(shù)制造的金屬零件“會(huì)受到系統(tǒng)性能和可靠性因素的干擾，從而破壞零部件的質(zhì)量。這一問題在其它增材制造技術(shù)中也同樣存在。”研究人員認(rèn)為，像尺寸和形狀誤差、熔融層中的空隙、最終部件的高殘余應(yīng)力，以及對(duì)材料性能——包括硬度和強(qiáng)度——的了解不足等問題阻礙了該技術(shù)。

NIST的研究人員希望他們?cè)谶^程檢測(cè)和實(shí)時(shí)控制方面的研究成果最終將有助于防止或糾正上述問題。據(jù)了解，他們的工作目的是為了更為詳細(xì)地了解認(rèn)識(shí)復(fù)雜的粉末床融合工藝，研究人員稱在熔融過程中有超過50種不同的因素在發(fā)揮著作用。

NIST的研究團(tuán)隊(duì)將這一方法分解成了十幾個(gè)“工藝參數(shù)（process parameters）”、十五種“工藝簽名（process signatures）”和六類“產(chǎn)品質(zhì)量（product qualities）”，然后他們?cè)诿咳齻€(gè)類別中進(jìn)行繪圖以識(shí)別“變量之間的因果關(guān)系”。 

該報(bào)告的作者之一，NIST機(jī)械工程師Brandon Lane博士說，“這種因果關(guān)系認(rèn)識(shí)的突破能夠指導(dǎo)測(cè)量、傳感能力以及建模和仿真工具的開發(fā)研究，從而可以實(shí)現(xiàn)更好的過程控制。”

下一步，NIST的研究團(tuán)隊(duì)說，他們計(jì)劃建立一個(gè)增材制造測(cè)試平臺(tái)，用于評(píng)估過程測(cè)量和控制技術(shù)，使他們能夠觀察金屬粉末的熔融和凝固過程、整合過程計(jì)量工具，并開發(fā)出基于數(shù)據(jù)獲取的過程測(cè)量/測(cè)試的控制算法和軟件。

這份報(bào)告的名稱為《對(duì)增材制造粉末床熔融技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制所需要的測(cè)量科學(xué)（Measurement Science Needs for Real-time Control of Additive Manufacturing Powder Bed Fusion Processes）》，其英文報(bào)告全文可點(diǎn)擊此處下載（NIST.IR.8036.pdf）。