北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种技术，允许使用 3D 打印技术制造金属机器零件的人员在精加工过程中对制造的零件进行自动质量控制。该技术允许用户识别潜在的缺陷，而无需从制造设备上拆下零件，从而提高生产时间。
“人们被 3D 打印和其他增材制造技术吸引的原因之一是，这些技术允许用户快速更换关键机器部件，否则这些部件很难在工厂外制造，”Brandon McConnell 说，他是关于工作的论文。
“增材制造工具可以根据需要完成这项工作，而不必处理可能需要长时间等待的供应链。这通常意味着使用 3D 打印按需制造小批量的机器零件。” McConnell 是北卡罗来纳州立大学 Edward P. Fitts 工业与系统工程系的助理研究教授。
打印金属机器零件后，需要进行额外的精加工，并且必须进行测量以确保零件满足关键公差。换句话说，零件的每个方面都必须具有正确的尺寸。目前，这涉及从相关制造设备中取出一部分，进行测量，然后将其放回制造设备中进行适度调整。
“这可能需要反复进行，而且会花费大量时间，”麦康奈尔说。“我们的工作加快了这一进程。”
具体来说，研究人员将 3D 打印、自动化加工、激光扫描和触摸感应测量技术与相关软件集成在一起，创建了一个高度自动化的系统，可生产满足关键公差的金属机器部件。
这是它的工作原理。
当最终用户需要特定零件时，他们会提取包含所需零件测量值的软件文件。 3D 打印机使用此文件来打印零件，其中包括金属支撑结构。然后，用户取出打印件并使用支撑结构将其安装在精加工设备中。
此时，激光扫描已安装的零件以确定其尺寸。然后，软件程序使用这些尺寸和所需的关键公差来指导精加工设备，从而有效地抛光零件中的任何不规则之处。
随着该过程的推进，精加工设备会操纵打印部件的方向，以便可以通过触摸感应机器人探头进行测量，确保部件的尺寸在必要的参数范围内。
为了测试新方法的性能，研究人员使用传统的 3D 打印和精加工技术制造了一个机器零件，然后使用他们的新工艺制造了相同的零件。
“使用传统技术，我们能够在 200 分钟内完成该零件；使用新技术，我们能够在 133 分钟内完成同一零件，”McConnell 说。 “根据具体情况，节省 67 分钟可能非常重要。在大多数专业环境中，时间就是金钱。例如，在紧急响应环境中，这可能是生与死的区别。”
研究人员指出，这项工作的重点是打印和精加工包括圆形或圆柱形的机器零件，例如活塞。不过，这种方法也可以适用于具有其他特征的机器零件。
“我们在这项技术中使用的所有硬件都是商业上可用的，并且我们在论文中清楚地概述了必要的软件，因此我们认为这种新方法几乎可以立即采用并投入使用，”麦康奈尔说。 “我们当然愿意与有兴趣在运营中使用这项技术的合作伙伴合作。”
论文《具有关键公差的增材制造零件的基于自动特征的检查和鉴定》发表在《国际制造技术与管理杂志》上。
论文第一作者是北卡罗来纳州立大学前研究生 Christopher Kelly，现就职于 Celonis 公司。论文由菲茨工业与系统工程系名誉教授 Richard Wysk、菲茨工业与系统工程系 Edward P. Fitts 杰出教授 Ola Harrysson 和北卡罗来纳州立大学 Henry L. Foscue 工业与系统工程杰出教授 Russell King 共同撰写。
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