根據3D科學谷的市場觀察，3D打印在批量生產航空航天零件方面漸入佳境，這種技術在節(jié)省材料、簡化裝配流程并制造更輕、更堅固的組件，同時減少庫存和交貨時間具備獨特的優(yōu)勢。而3D打印技術在取得立足的優(yōu)勢之后，也隨著自身技術的發(fā)展進入到量產的領域。

不過在獲得翱翔天空的資格之前，零件的認證是關鍵，尤其對于3D打印-增材制造的零件來說。

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從檢測到仿真

/ CT與加工的相輔相成
根據3D科學谷的市場觀察，用于制造 3D 打印零部件必須全面、科學地回答材料完整性和質量一致性的問題。特別是對于飛行關鍵零部件，目前用于完成此任務的技術是計算機斷層掃描，也就是眾所周知的 CT 掃描。
作為一項已有數十年歷史的技術，CT 掃描是一種可行的方式，可以窺視和穿透零件以發(fā)現(xiàn)隱藏的內部缺陷。CT 掃描還允許增材制造 (AM) 用戶驗證他們的設備是否正常運行，以及他們的工藝是否合理且可重復——能夠產生相同的冶金和機械特性。
CT 掃描通過 X 射線源從多個角度生成對象的數字切片，然后，軟件可以使用適合各種分析的相應數據集將 2D 圖像重建為高度準確的 3D 模型?？紫?、分層、裂紋、空隙和其他缺陷清晰可見，內部零件特征也是如此，否則需要橫截面和其他破壞性檢測方法來檢驗零件內部是否存在缺陷。
在航空級 AM-增材制造金屬零件生產中，最常用的是激光粉末床熔化 (LPBF) 工藝，包括選區(qū)激光熔化 (SLM、DMLS)。這些技術還擁有最昂貴的設備，并且由于 LPBF 的構建速度相對較低且材料成本較高，因此制造商3D打印全尺寸零件通常需要進行多次迭代，并逐個進行 CT 掃描以確定工藝的完美。
在進行小批量制造之前，制造商必須通過在構建室內的不同位置和方向打印小型測試立方體來確定生產操作參數。然后對這些材料進行 CT 掃描，了解材料密度和一致性、尺寸精度等屬性。發(fā)現(xiàn)缺陷的操作員可以調整激光功率和其他變量，打印多個測試樣本以優(yōu)化生產力和零件質量。
然后對較大的零件以及具有代表目標零件的復雜幾何形狀的零件重復此過程，并反復評估冷卻通道、懸垂和各種壁厚等設計元素，直到金屬制造過程具有可預測性。
測試是一項重大投資，往往超出設備本身的投資。任何金屬 AM -增材制造零件供應商都應在生產時間、原材料、操作員培訓以及 CT 掃描設備和軟件的使用方面為測試提供足夠的預算。當前任何新的 3D 打印技術都需要長達一年的工藝開發(fā)，然后對每臺后續(xù)機器進行幾個月的微調。
鋁、鈦、哈氏合金和 Inconel 高溫合金被飛機制造商廣泛接受，但當零件是通過 3D 打印制成時，預計會受到更嚴格的審查，尤其是還有可能使用新的合金，所有這些都需要在飛行使用前進行廣泛嚴格的測試。
CT 掃描已被證明是鑒定這些材料和未來材料的重要工具。對于3D 打印支架、燃料噴嘴和渦輪部件而言，情況確實如此。并且制造商可以使用 CT 分析單個晶粒的高分辨率模型，該模型只有一兩個微米。
材料污染也是使用金屬 3D 打印的制造商關注的問題，只有通過嚴格的材料處理和采購程序才能避免污染。有辦法在污染確實發(fā)生時發(fā)現(xiàn)污染，這一點至關重要。這些事件很容易用 CT 掃描發(fā)現(xiàn)，故障在零件圖像中表現(xiàn)為亮點。

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/ 軟件助力產業(yè)化
在未來幾十年中，金屬增材制造在航空航天領域的應用有望增長。更輕、更堅固、更省油的組件的設計自由度和機會很容易抵消發(fā)展中遇到的重重障礙。此外，3D 打印零部件將變得更加高效。
AM 增材制造設備制造商繼續(xù)提供更快、更準確和更易于使用的機器，而 CT 掃描提供商和軟件公司則通過開發(fā)互補系統(tǒng)來跟上步伐。一個例子是基于軟件的網格補償，這種補償減少了增材制造零件設計階段的迭代周期數，可以預測變形并在零件幾何形狀內自動對其進行補償。
構建策略也起作用。例如，動態(tài)調整光束尺寸、功率和橫移速度的方法會對零件質量產生深遠的影響。因此，在掃描件和設計件模型之間建立反饋回路、比較兩者并優(yōu)化構建參數以最大程度地減少差異至關重要。
在這方面，國際上的軟件公司在深層次地推動增材制造業(yè)的產業(yè)化發(fā)展，用于設計增材制造零件的 CAD 系統(tǒng)、用于檢驗建模性能的仿真軟件以及用于檢查和分析最終工件的檢測軟件。通過這些系統(tǒng)，航空航天制造商能夠更快、更高效、更一致地設計和生產更好的零件。