解析，穆格如何驗證3D打印質(zhì)量？

據(jù)悉，2015年12月，穆格收購線性模具工程公司的部分股權(quán)。2017穆格完全收購這家公司，現(xiàn)在被稱為穆格線性。通過此次收購，基于線性模具工程公司所擁有的超過十年的金屬3D打印經(jīng)驗，穆格線性取得了來之不易的實踐知識，從而將金屬3D打印零件推向小批量生產(chǎn)領(lǐng)域。

1951年，比爾穆格研制成功電液伺服閥，這種裝置可把微弱的電脈沖轉(zhuǎn)換為精確而有力的運動。1951年7月，比爾、阿特兄弟倆和盧蓋耶在紐約州東奧羅拉租借了已廢棄的 Proner 機(jī)場的一角，成立了穆格制閥公司。60多年來，穆格的運動控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于民用機(jī)座艙、發(fā)電風(fēng)機(jī)、一級方程式賽車、醫(yī)用輸液系統(tǒng)等眾多的市場和應(yīng)用領(lǐng)域，有效提高相關(guān)產(chǎn)品的性能。 從創(chuàng)立到滲透到新的前沿應(yīng)用領(lǐng)域，穆格已經(jīng)培養(yǎng)了深入企業(yè)文化的“搬著石頭過河”的開拓精神。

圖片：來源Moog

引入增材制造的關(guān)鍵應(yīng)用帶來了一些挑戰(zhàn)，尤其是對于穆格來說，關(guān)鍵應(yīng)用包括軍事航空、載人和無人駕駛、空間應(yīng)用以及醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，這些應(yīng)用領(lǐng)域具有嚴(yán)格的質(zhì)量和可追溯性要求。

關(guān)于商業(yè)航空領(lǐng)域的一個關(guān)鍵應(yīng)用案例，增材制造的使用提出了一些新的挑戰(zhàn)，質(zhì)量認(rèn)證工程-這個術(shù)語不是描述一種制造方法，而是一系列方法，每一種方法都有自己的關(guān)注點和要求。目前商用航空認(rèn)證的零部件主要集中在粉末床融化加工（PBF）過程。 穆格在制造過程中發(fā)現(xiàn)幾個重大的變化，需要特別考慮認(rèn)證的目的。

在傳統(tǒng)的減材制造過程中，通過多年的經(jīng)驗，穆格了解了加工工藝、熱處理、鑄造和鍛造工藝對材料性能（包括損傷容限和疲勞壽命）的影響。其中，損傷容限（damage tolerance）是一種較新的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論。該理論假設(shè)，任何結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部都有來自加工及使用過程的缺陷，而設(shè)計者的任務(wù)是利用各種損傷理論（如斷裂力學(xué)）以及給定的外載荷，確定這些缺陷的擴(kuò)展速度以及結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度。 對于經(jīng)受變化載荷的結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)、輪船、車輛等，損傷容限設(shè)計要結(jié)合無損探傷技術(shù)和疲勞理論，提供結(jié)構(gòu)的檢驗期限，以保證結(jié)構(gòu)中存在的裂紋在該期限內(nèi)不會擴(kuò)展為臨界裂紋。 由于微缺陷是無處不在的，而結(jié)構(gòu)的疲勞破壞往往是從微缺陷開始的，因此，對于飛行器的強(qiáng)度安全性分析已經(jīng)逐步由靜、動、疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到損傷容限分析。這也是NASA、FAA等機(jī)構(gòu)對于飛行器強(qiáng)度認(rèn)證的主要考評內(nèi)容。

圖片：穆格線性通過CT掃描分析零件幾何槽形認(rèn)證

在PBF粉末床融化加工過程中，本質(zhì)是金屬粉末融化凝固的過程，每個激光點創(chuàng)建了一個微型熔池，從粉末融化到冷卻成為固體結(jié)構(gòu)，光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小，從而影響著零件的微晶結(jié)構(gòu)。相當(dāng)于在同一時間完成了幾何形狀的“鑄造”和材料性能的“設(shè)計加工”過程。對于穆格來說，這個過程最為復(fù)雜。

圖片：穆格線性制造的承重連接件減少了93%的交貨時間

所以，穆格需要增材制造過程中的變化可以被識別和控制，以便達(dá)到可重復(fù)的加工結(jié)果。這些需要考慮的影響因素可以包括： 零件與加工設(shè)計、粉末規(guī)格及處理、粉末熔化過程、后處理及表面處理工藝、檢查方法、控制系統(tǒng)配置及相關(guān)軟件數(shù)據(jù)、加工干擾及中斷、雜質(zhì)污染、工藝驗證、校準(zhǔn)和維護(hù)要求和實踐、操作人員的培訓(xùn)水平等。

其中，材料特性導(dǎo)致的缺陷包括無法通過優(yōu)化3D打印特征參數(shù)予以解決的缺陷，主要為氣孔。而由于工藝參數(shù)或設(shè)備等原因?qū)е碌娜毕�，可以稱之為特征參量導(dǎo)致的缺陷，主要有孔洞、翹曲變形、球化、存在未熔顆粒等。

為了融化粉末，必須有充足的激光能量被轉(zhuǎn)移到材料中，以熔化中心區(qū)的粉末，從而創(chuàng)建完全致密的部分，但同時熱量的傳導(dǎo)超出了激光光斑周長，影響到周圍的粉末。當(dāng)激光后的區(qū)域溫度下降，由于熱傳導(dǎo)的作用，微型熔池周圍出現(xiàn)軟化但不液化的粉粒。正如你所看到的，有許多因素要考慮。穆格的研究工作值得參考的是，他們已經(jīng)建立起一個很好的過程文件，以控制增材制造過程變量，并通過收集和分析客觀的數(shù)據(jù)證據(jù)，建立過程的可重復(fù)性。

為此，穆格制訂了自己的增材制造標(biāo)準(zhǔn)被成為Moog Standards,這個內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)也被稱作工藝規(guī)范矩陣。有了這些過程和支持?jǐn)?shù)據(jù)在手，穆格就可以進(jìn)一步將金屬3D打印推向更加深入的航空硬件制造來。

來源：3D科學(xué)谷
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