匹兹堡大学正开发3D打印产品质量认证技术
增材制造（AM），或3D打印技术，已经迅速发展到可以制造形状复杂，而且具有足够强度的金属部件以用于结构方面的应用。然而，开发复杂的几何形状有时会出现误差和畸变，而这个时候，用于测试3D打印制造物品的质量标准还没有跟上来。近日，美国匹兹堡大学Swanson工程学院的研究人员提出要开发增强型的建模与仿真（M＆S）技术以及新的质量标准以促进增材制造在工业领域的应用。
为了开发增材制造的标准质量检测方法，美国国家科学基金会下属的土木，机械和制造创新（CMMI）分部将一笔30万美元、为期三年的捐助资金拨给了“增材制造部件的多尺度结构与力学性能研究——为了开发一种可靠质量认证方法（Multiscale Structure-Mechanical Property Investigation of Additive Manufactured Components for Development of a Reliable Qualification Method）”项目。
与此同时，为了解决建模和仿真方面的技术挑战，“针对增材制造工艺复杂几何建模的ABAQUS软件自动化工具（Automation Tools for Modeling AM Process of Complex Geometries in ABAQUS）”也获得了宾州政府社区及经济开发部（DCED）和America Make（即前美国国家增材制造创新研究院）联合赞助的15万美元研究资金。
这两个项目的主要研究人员是来自匹兹堡大学的Albert To博士（机械工程和材料科学副教授）、Minking K. Chyu博士（材料科学和机械工程Leighton and Mary Orr讲席教授，四川大学匹兹堡学院院长）和Markus Chmielus博士（机械工程和材料科学助理教授）。匹兹堡RTI国际金属公司与匹兹堡大学在后一个研究项目中进行合作。
Albert To博士
据Albert To博士介绍，当前增材制造正处于其发展的关键时刻，在计算机建模和质量认证两个方面都需要加强，以减少制造时间和成本，同时提高产品质量和产品的完整性。
Minking K. Chyu博士
“增材制造拥有生成非常复杂的晶格结构和几何形状的能力，使我们能够建立传统制造方法难以企及的复杂结构。”Albert To博士说，“然而，这些日益复杂的零部件在建模阶段是非常耗时的，因此更容易出错。宾州的拨款将帮助我们开发出首个针对某些增材制造工艺和材料自动进行有限元模拟的计算机程序。
“通过改善这些复杂的、有时是微观结构的建模，我们可以设计出相应的处理路径和（或）零部件的几何形状，以减少可能会导致零部件在制造过程中失败的残余应力。”
此外，Albert博士指出，增材制造技术发展的速度如此之快，典型的制造标准还没有跟上来。
“传统的质量认证资格标准对于增材制造而言是不够的，因为增材制造是通过从内部逐层堆积陶瓷粉末、金属和聚合物形成零部件，因此会出现残余应力和层与层出现缺陷的概率也较高。”Albert博士说。“例如，在航空航天制造领域，机械加工零件都要检查表面裂纹、尺寸精度和材料组成。为了开发增材制造零部件的质检技术，我们需要更好地理解其微观结构及力学行为。”
要实现这一点，Albert博士解释说，首先要采用在医学上常见的设备——X射线显微电脑断层扫描或CT扫描。将机械测试和计算机仿真相结合，研究人员可以藉此在微观层面对机械缺陷和残余应力进行研究，然后开发出基于计算机的，非破坏性的质量检测方法。该方法具有快速、可靠、经济的特点，可以大大提高了3D打印零部件的质量。
“增材制造有望彻底改变复杂和独特零部件和机器的制造模式，但是它的前提是要拥有可靠的质量保证手段。”Albert博士说。“毫不夸张地说，我们正在为一场21世纪的制造业革命奠定基础。”
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