《Sigma Labs金属增材制造实时监控软件,获美国国防部认证》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-05-05
  • 019年5月5日,南极熊从外媒获悉,新墨西哥州增材制造软件开发商Sigma Labs,在美国国防部DARPA的一项研究中获得了其printrite3d平台的第三方验证。

    本研究讨论了生产质量一致的复杂金属零件的验证过程。它由DARPA的开放式制造计划赞助,并与飞机发动机制造商霍尼韦尔公司合作进行,霍尼韦尔自2014年以来一直与Sigma Labs合作。

    作为美国国防部(DoD)的一个机构,DARPA负责开发新技术供军方使用。为了实现这一目标,它制定了开放式制造计划,以“降低成本,加速交付高质量的制成品,并且成品的性能可以预测”。

    DARPA验证的质量保证和过程监控

    金属增材制造当前最主要的挑战之一就是在零件生产的过程中检验零件质量。使用试错法,这对制造商来说是一个巨大的成本。

    PRINTRITE3D是一个硬件模块和两个软件模块的组合,用于增材制造质量保证和过程监控。当它们一起使用时,它们实时收集和处理用户可以分析和检查的数据,并在必要时实施纠正。

    对于高质量的最终使用零件,金属3D打印过程需要现场监控。制造后,还应检查这些零件是否存在高孔隙、不正确密度、残余应力、开裂和翘曲等缺陷。因此,直到打印完成,制造商才知道零件是否符合设计规范。

    PRINTRITE3D硬件包括三个单独的模块。SensorPak是一个硬件模块,它包括一组离轴和轴上进程内传感器,用于在3D打印期间收集每个单独层上的实时数据。然后,sensorpak收集的数据被输入两个软件 INSPECT 和 CONTOUR。

    Inspect使用传感器数据建立过程中每个金属或合金的过程度量,为用户提供零件质量报告。

    Contour是一个逐层几何测量工具。它为用户提供了在生产过程中将打印部件与原始数字CAD模型进行比较的能力。

    推进金属增材制造大规模工业化

    国防高级研究计划局自20世纪90年代以来一直在研究3D打印的可行性,热衷于解决国防系统开发、原型设计和测试过程中的“成本上升”和延迟问题。

    最近的研究表明,printrite3d在生产高价值的最终用途零件时,它能够解决或至少降低成本,并提高首次成功率。本文演示了printrite3d如何检测和消除3D打印过程中潜在的早期问题。以火箭喷管为试验件,研究了在使用3D打印件时的“气孔率、几何精度和机械强度”指标。

    在对Sigma Labs首席执行官John Rice的研究结果发表评论时,他说:“在金属增材制造业中获得PrintRite3D的第三方验证是公司最重要的里程碑之一。”

    此外,“我们与霍尼韦尔公司的六年研究和DARPA开放式制造计划明确表明,通过我们的技术所实现的热辐射密度(Ted)指标分析,可以在确保增材制造工业金属零件质量方面发挥关键作用。”

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=478401
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②探索承包和采办增材制造数字化技术数据的新商业模式; ③形成在前方作战区生产增材制造部件的后勤保障模型; ④建立增材制造技术数据内容标准; ⑤构建可互操作的安全的增材制造数字线索连接和数据管理方法。 2、战略愿景未来,增材制造能够支撑建立战胜敌对威胁的更敏捷、适应性更强、更一致的国防工业基础,它将被广泛应用于创新设计,提高武器系统和作战人员的杀伤力和可靠性,成为被国防部和国防工业基础广泛接受并应用的制造技术。这一前沿技术将更快地从研究和开发阶段过渡到支持现代化和可持续发展的成熟能力。 数字线索作为由相互连接的系统、软件和数据组成的生态系统,将更高效地将信息与物理过程相联系,加速增材制造的应用。建模与仿真、人工智能和机器学习等先进技术的使用将更有效地促进新能力的开发和生产应用。 标准、规范和数据集将可用于快速鉴定增材制造机器和材料,并对增材制造零件进行认证。各环节人员将接受与其工作相应的培训:采办和工业部门将学习如何在装备研发、生产和使用维护中适当应用增材制造;各军种人员将熟练使用增材制造解决现场挑战;工程师经过充分培训,可以对增材制造工艺进行设计;制造操作人员将获得使用增材制造机器相关资质认证。 增材制造战略聚焦于五个关键发展领域 增材制造仍是一项新兴技术,尽管其在整个国防工业基础的应用有所增长,但其全部潜力仍待发展。《增材制造战略》提出了五项战略目标及关键聚焦领域,以推动增材制造在国防领域广泛采用。包括:将增材制造集成到国防部和国防工业基础中;协调国防部和外部合作伙伴的增材制造活动;推动和促进增材制造的敏捷应用;通过学习、实践和共享知识扩展增材制造的熟练程度;加强增材制造工作流的安全性。 1、将增材制造集成到国防部和国防工业基础中 (1)制定政策和指南,尽可能使增材制造被广泛采用 政策和指导必须具备灵活性,不仅允许短期快速采用以满足战备需求,还可以允许通过长期设计改进系统。政策和指南需要关注增材制造的技术、业务实践和战略,以解决知识产权和网络保护等对数字制造至关重要的问题。政策将涉及采办过程,确保适当考虑必要的数据权属,以支持维护、成本分析和其他行业和政府利益的权衡。 (2)修订军种和机构层面的增材制造实施计划 军种和国防部相关机构已经开始制定初步的增材制造框架和实施计划,以解决整个组织中增材制造的开发和执行问题。这些计划的核心是以下贯穿国防部的基本原则: - 通过制定资格和认证指南来提高熟练程度,以确保军种具备最佳能力,以及如何在整个政府、行业和学术界共享信息; - 通过广泛的思想交流促进创新设计; - 为远征及需求提供指导; - 培养世界级的从业人员、设计师、技术人员和采购专业人员; - 定义业务实践、后勤、成本建模和供应链集成政策和指南。 (3)制定评价标准国防部将细化当前的一系列指标,以定义增材制造在战备和成本方面的价值,包括在小批量还是大批量生产中如何一致、准确地生产产品。性能和有效性度量方式将在国防部范围内达成一致。 (4)在合同管理与采办流程中开发并共享新的增材制造业务模型 开发人员需要业务模型和合同指南,以在适当的地方扩大和激励增材制造部件在国防部武器系统中的使用。指南或指示需要涉及从初始设计到维护的采办周期所有阶段。国防部将考虑将技术数据访问作为合同流程的一部分,包括可选择的业务模式,例如获得数据访问许可而不是直接获取所有数据。 (5)采取健全的风险管控措施风险管控措施需要考虑可定制资格和认证流程失败的后果,解决各军种特殊需求、网络安全和运营使用问题。国防部还将使用部件管理最佳实践(配置控制和部件识别)来防止假冒部件并确保质量。 2、协调国防部和外部合作伙伴的增材制造活动 (1)资源与保障的跨军种协作一个正式的跨国防部合作框架正在建立,成立增材制造联合工作组(JAMWG)可以提供一个论坛,以分享最佳实践、确定共同的挑战和主要的资源缺口、就联合项目进行合作,并为政策或指南的更改修订提出建议。 (2)修订联合路线图并整合资源2016年,第一份国防部范围内的《增材制造路线图》公布了四个重点领域:设计、材料、工艺和价值链。美国国防部正在对该路线图进行更新,以纳入更先进的技术和来自当前军方项目的信息,并调整研发、采办、后勤和业务流程投资。 (3)与联邦政府和外部利益相关者建立合作 美国国家航空航天局、能源部、联邦航空管理局、商务部等都有积极而强大的增材制造计划和活动,国防部将在可能的情况下确定联合项目和计划。此外,国防部已经建立了八个公私伙伴关系,国防部将从战略和战术上通过这些伙伴关系参与投资,以推进增材制造和相关技术(如数字工程)的发展。 3、推动和促进增材制造的敏捷应用 (1)开发并共享新的增材制造资格认证和鉴定方法 国防部将利用数据、经验教训和已经从军队和工业中开发的最佳实践来鉴定和认证增材制造组件,以便开发通用的定义和标准来快速实现改进。 (2)利用先进技术改进设计增材制造的灵活性要求开发新的技术方法来加速设计、鉴定和认证过程。军种部门目前正在评估建模和仿真(M&S)工具,以增强金属结构件的可靠性和成本效益。 (3)支持增材制造在现场的部署和应用 必须为现场/海上部队和指挥官提供具有指导性的简化能力,能够对零件需求进行分类,为需要加强审查的零件提供工程批准和反馈,并最大限度地降低前线部署单位在接受3D打印解决方案时承担的风险。扩展完整、安全和权威数据的数字线索将支持这一过程。 4、通过学习、实践和共享知识扩展增材制造的熟练程度 (1)学习流程和最佳实践国防部工作人员需要额外的技术和非技术教育来确保具备全面的增材制造专业知识,以了解小批量和长交付周期挑战的业务影响、成本模型和成本效益分析,以及知识产权政策和实践的影响。军事部门和国防机构将利用、开发和采用与当前工作岗位相关的技术认可和认证,并适用于学术界和工业界就业。 (2)实践制造零件的规程国防部正在部署实习计划与实践培训,该部门将与业界合作,建立培训和认证增材制造工程师和技术人员的标准和最佳实践。工作人员必须不断地展示、使用和加强增材制造能力和熟练程度。 (3)共享知识更快达到熟练程度和保持核心能力的一个关键方法是确保重要信息与国防部内外各级决策者一致。国防部军事部门将在内部和适当的时候与外部合作伙伴分享最佳实践和经验教训。 5、加强增材制造工作流的安全性 (1)保护、控制和管理数据传输和访问 国防部将建立验证增材制造零件数据的流程,并使用数字孪生进行验证和防篡改,确保数字供应链的安全;将使用数据管理最佳实践和配置控制增材制造技术数据;将为前方环境中未联网的增材制造机器提供指南;将开发管理和保留中间类型数据的最佳实践,确保专有和敏感数据得到适当处理。 (2)为机器建立直接、安全的网络连接 国防部将利用现有的网络安全框架,安全地将增材制造机器连接到网络;将与制造商合作,以考虑增材制造相关设备的网络物理安全要求;将与工业界合作,确定并实施信息技术(计算机、网络、数据管理软件、数字孪生模型)和操作技术风险管理方法的最佳实践,增强信息物理安全;将制定数字线索能力指南,验证增材制造机器的资格和网联机器的配置。 (3)使用质量保证流程验证零部件 材料和机器管理是最终零件质量保证的基本要素。质量保证(QA)流程由国防部开发,可以根据零件的风险评估进行定制。国防部将根据零部件工艺为增材制造机器、材料鉴定和材料管理制定政策和指南。解决增材制造零部件检查和验证的途径包括: - 将增材制造的检验和计量规范标准化 - 开发用于零件安全性验证的原位传感器 - 提供支持验证的数据和软件 " 美海军质量制造计划框架,该计划旨在通过先进技术提高鉴定水平,并增强对增材制造的信心。 下一步计划 国防部长办公室和各军种将共同努力,通过实施增材制造战略来加速该技术的广泛采用,后续的关键步骤包括: (1)合作开展联合增材制造活动国防部长办公室将继续通过联合国防制造委员会和联合增材制造工作组与各军种和机构合作,以集体实施该战略的活动为导向,确保军种部门、国防部、国防后勤局(DLA)和其他部门之间的最高级别的协调。工作组将为军种和机构确定指标,以采用和跟踪增材制造的使用、管理和价值。 (2)完善国防部实施计划各军种和机构将与国防部长办公室合作,根据需要完善或创建增材制造实施/战役计划和路线图,以与增材制造战略保持一致。 (3)实施计划并与业界合作国防部长办公室、各军种和机构将通过启动试点项目来解决运营和业务差距,并与行业标准开发组织合作,开发和实施通用的增材制造标准。国防部将评估并确保有足够的资源支持这项活动。 (4)建立增材制造数字工作流国防部将实施增材制造政策、指南和培训计划,以确保向新硬件的全数字化设计过渡。国防部长办公室、各军种和机构将支持研究和开发计划,以将先进技术(如人工智能、机器学习、过程监控等)集成到增材制造数字线索和数字制造环境中。 观点 增材制造已被美国视为发展敏捷的领先军事能力的重要手段之一。早在2016年11月,国防部便及时响应新兴技术的应用需求,联合美国国家增材制造创新机构发布了《增材制造路线图》。经过四年的发展,工业界已经涌现出可以适应多种材料、多类工况的增材制造工艺,在航空发动机、飞机零部件、战备等军民领域的装备与场景中的应用占比逐渐上升,先进增材制造机器也在不断向大型化、快速化方向发展。空军研究实验室、陆军、DARPA以及波音、罗·罗等军方机构和国防制造商都投资或参与多项增材制造研究项目。此次发布《增材制造战略》,表示美国军方已高度认可了这一技术既有和潜在的优势能力,因而针对推进增材制造广泛采用与标准化的途径进行了顶层规划,并提出了清晰的发展路径。 《增材制造战略》认为,广泛采用增材制造的预期优势包括通过面向增材制造的创新设计驱动更精密的系统,提升装备战备完好性,并赋予作战人员在战区实时解决问题的能力。完善顶层框架设计,制定政策、实施计划与标准,提升技术成熟度、劳动力专业知识水平,以及数据、材料和机器的可用性和安全性,都将有助于发挥增材制造的优势,这些也是美国在其他战略和活动(如数字工程战略、数字战役活动等)中都会规划建设的因素,对我国推进新技术、新模式的发展和应用具有借鉴意义。
  • 《增材制造》

    • 来源专题:数控机床与工业机器人
    • 编译者:杨芳
    • 发布时间:2015-05-15
    • 增材制造 基于3D打印技术的摇滚演唱会 上周,黑色安息日摇滚乐队在法兰克福的表演带给德国摇滚歌手极大震撼,就在同一时间,另一支乐队也在法兰克福会展中心的一个大型会堂里准备自己的演出设备。实际上,这支乐队在此之前还没有接触过自己要演奏的乐器;这是因为他们所使用的乐器是在演出前一天才用3D打印机打印出来。 当时,欧洲模具展也在法兰克福会展中心举行,该展会是一个全球性展会,为来自世界各地的模具制造、机床制造和准备开设工厂的工程师提供了一个交流平台。欧盟模具展已经举办了20年,不仅展出传统生产技术设备,如焊接、机械加工和注朔成型技术设备,新近出现的3D打印技术设备也出现在了本届展会上。3D打印技术又被称为增材制造技术,是指利用添加材料的方法来制造实体物品的技术。根据欧洲模具展公布的信息,3D打印设备已经有20种不同的方式打印方式,使用的打印材料除了朔料、金属之外,越来越多的其他材料也能被用与3D打印。 大卫·阿杜·阿毗基和其他乐队成员在欧洲模具展上表演所使用的电吉他、电子琴和架子鼓都是使用3D打印技术设备打印出来的,这他们的表演最吸引人观众的地方。大卫他们的表演想人们展示了3D打印技术发展的两个重要趋势。第一个趋势:人们利用3D打印技术,不用花多少钱就能成为一个生产商。 使用3D打印机来制造乐器已经不是什么新鲜事了。此前,在位于新西兰奥克兰的梅西大学,有一个名叫奥拉夫·迪戈尔的机电一体化教授,他喜欢弹吉他,曾使用3D打印机制造了一些乐器。随着奥拉夫·迪戈尔的设计乐器的品质不断提高,奥拉夫·迪戈尔将自己制造的乐器图片发表在了自己的博客上;不久就有人联系奥拉夫·迪戈尔,表示愿意购买这些乐器。在2012年,奥拉夫·迪戈尔成了一个叫做“ODD 吉他”的公司,进行小规模地制造乐器。ODD吉他公司每一把吉他都是按照买家的要求定制,因此,每一把吉他都是独一无二的。ODD吉他公司在销售了20多把吉他后,奥拉夫·迪戈尔将销售定制3D打印吉他的业务转给了一个名叫“3D系统”的美国公司,正是3D系统公司为大卫·阿杜·阿毗基他们制造了在欧洲模具展上表演用的乐器。 “沃雷斯联盟”是一家3D打印技术行业资讯公司。在沃雷斯联盟主办的一次展会上,奥拉夫·迪戈尔声称:“销售3D打印技术制造的产品,几乎不会遇到资金危机。”3D打印机能按照买家要求打印吉他,因此,制造厂商不会有任何库存问题。此外,3D打印机电整个制造产品的过程都由电脑软件控制,如果要对产品进行修改,直接用电脑软件修改即可,无需调整价值不菲的生产设备。例如,一些吉他买家告诉奥拉夫·迪戈尔他们想要在电吉他上嵌木板,以保证吉他声音的纯正,奥拉夫·迪戈尔随即按照他们的要求进行了调整,虽然在奥拉夫·迪戈尔看来,在吉他上嵌不嵌木板,发出的声音根本没有任何区别。 第二种趋势:将传统加工技术与3D打印技术相结合。奥拉夫·迪戈尔对此解释道:“你能用3D打印机打印出所有东西,但所有东西都要用3D打印机来制造,这就有点过了。”因此,奥拉夫·迪戈尔制造的吉他、架子鼓和电子琴都使用了一些使用传统技术制造的零件和电子元件。(虽然3D打印机也能打印出电子元件。)奥拉夫·迪戈尔的想法是用当前最好的加工方法来制造乐器。奥拉夫·迪戈尔制作了一把名叫“蒸汽朋克”的电吉他,“蒸汽朋克”的内部装满了转动的齿轮;“蒸汽朋克”这种精细的结构如果使用常规机床制造,将是十分困难。 在欧洲模具展上,人们还见到了将传统技术和3D打印技术相结合的其他应用领域。德国DMG Mori Seiki公司是一家在德国和日本都有生产基地的工业机床制造商,该公司在本次欧洲模具展上,想人们展示了他们制造的融合3D打印技术和传统加工技术的混合加工技术机床原型,该机床自身能存储金属粉末,利用激光将金属粉末融化,并将融化后的液态金属一层层地焊接在一起;除了这种激光打印设备,该机床还配有多轴联动铣削头,能将工件上多余的材料去除掉,从而加工出高精度零件。 3D打印技术看起来还不错吧?大卫·阿杜·阿毗基对此已有了深刻印象,但大卫·阿杜·阿毗基认为要是对3D打印机还做一些改进,做出的乐器会更好。不论怎样,这些3D打印机打印出来的乐器足以让奥齐·奥斯本和其他黑色安息日摇滚乐队的成员大吃一惊了。