质量是3D打印的最终前沿。工业应用的批量生产需要一种能够可靠地提供质量一致的零件的制造方法，但到目前为止，这一目标还没有达到增材制造。就目前而言，如果要打印工业元件，经过特定培训的工程师需要在构建期间和之后监控、分析和纠正错误。不是一种可扩展的操作方式。

增材制造工作流程需要变得更易于管理，并提供一致、易于认证的产品，无论实施该工作流程的工厂或员工如何。今年，贝克休斯和奥克顿朝着这个方向迈出了重要的一步，为可变电阻微调 （VRT） 元件的批量生产奠定了端到端工艺的基础。

该工作流程具有全数位化框架，包括类比和实时过程监控工具，以及基于人工智能的数据准备和异常分析。它建立了一个端到端的流程，可以限度地减少现场故障，提高可重复性，并在出现问题时将责任分配给正确的参与者。

图 1：使用此工作流程制造的 VRT 元件的 3D 表示

它是如何完成的

需要几个步骤来创建一个端到端的自主流程来打印VRT元件。

首先，有必要设置制造商车间的数位副本。在VRT案例中，使用Oqton Manufacturing OS。每台打印机都有其数位版本，其中包含基本状态信息，组织成员被分配角色，并定义了材料、供应商、客户、加工和后处理活动。每个订单都是虚拟提交的。

接下来是篇文章的构建准备和确保质量的步。材料、机器和工艺参数、切片和剖面线策略、方向、半自动和参数化支撑策略、基于仿真的校正以及其他参数一起选择。构建和热模拟在质量方面起着特别重要的作用，因为它们使我们能够识别潜在的裂纹、重涂机碰撞、过热、收缩线等。零件具有其的ID，相关文件、元数据和模拟摘要将上传到制造作业系统。

图 2：Oqton Manufacturing OS 使增材制造组织能够创建车间的数位副本

我们现在拥有打印所需的所有元素。该工作流程包括对印刷的原位监控。打印机通过具有足够计算能力的工业计算机连接到制造作业系统。分析物联网数据的过程偏差，并使用人工智能模型对图像进行异常检测。如果出现问题，操作员会通过电子邮件或直接在云仪表板上收到警报。在打印结束时，他们会得到一份紧凑的摘要报告。

然后检查件物品。对零件的异常情况进行分析，包括其尺寸、位置的关键性以及与模拟数据和扫描路径等的相关性。这提供了有关质量的见解，并揭示了问题的可能根本原因。根据结果，工程师可以决定是将零件送入生产、报废还是送去进行进一步的无损检测。所有分析的结果共同构成了一个完整的数据集，用于在工业规模上复制零件的质量保证比较。

使用此工作流程生成和跟踪的数据有助于确保任何独立合格生产网站的质量始终如一。制造商通常拥有多个设施，甚至分包制造，因此无论生产地点如何，他们都需要确保其零件始终相同。通过该解决方案，所有工厂都将收到VRT的生产订单和有关所需质量规格的报告。

端到端制造过程的完整数据集被记录并包含在质量报告中，符合行业的可追溯性要求。在审计或事件根本原因分析的情况下，可按需提供。

技术先决条件

一些技术要求支撑着这种端到端的增材生产解决方案。这里只是一些最重要的。

首先，您需要的基于物理的计算技术。端到端方法利用速度极快的 GPU 原生体素有限元求解器，该求解器具有自动网格划分功能，专注于预测某些异常、过热和预变形计算。

用于异常分割和聚合的 AI 模型发挥着重要作用。该解决方案中使用的模型在海量数据上进行了训练，以实现具有体积聚合的自动图像分类和分割。

3D打印的一个主要障碍是，从传感器和物联网数据类型到通信协定等，各个方面都缺乏标准化。我们决定只使用几乎每台打印机通用的传感器数据——氧气水平、压力、温度——以及来自标准相机的光学图像。

其他应用程序如何受益？

端到端质量工作流程的开发是为了实现VRT元件的串行列印，但制造商也可以从将相同的程序应用于其他部件中获益。贝克休斯正在为许多其他关键部件实施该流程，这些部件将在序列化生产中生产。

该工作流程还有助于在出现问题时确定制造过程的确切阶段。最近，Oqton 用它来证明元件上出现的裂纹不是在打印过程中引起的，而是在后处理过程中引起的，从而节省了构建准备修改的时间。

在高度监管的行业中，关键部件的责任是新技术实施的重大障碍，这一过程通过正确记录和分配潜在责任来帮助解决这一差距。如果操作失败，包括增材制造元件，则会引发有关问题根本原因以及增材制造部件是否是问题根源的问题。该工作流程允许制造商跟踪生产过程的每个步骤，并提供易于阅读和快速的报告，从而轻松快速地确定生产过程中发生的偏差以及它们是否导致了故障。

此外，此工作流程有助于防止代价高昂的错误。如今，制造商正在打印大型零件。此类作品的材料、机器和操作时间都很昂贵，因此打印失败会带来巨大的损失。在异常开始时停止打印可以防止这种情况发生。

为VRT元件开发的端到端方法对金属增材制造具有重大意义。这些是增材制造工作流程的坚实基础，可用于制造工业零件。这是增材制造技术向成熟制造技术演进的新阶段的开始。

图 3：简化工业增材制造需要能够跟踪零件质量并评估构建性能的软件

Oqton， Inc. 执行官 Ben Schrawowen 将参加即将于 2024 年 2 月 6 日至 8 日在纽约举行的增材制造战略商业峰会。Schrauwen 将在题为「小组讨论 2：增材制造工作流程软件」的小组讨论中发言。