使用金属增材制造(AM)进行分布式制造的愿景是一个引人注目的愿景，即在地理分散的位置按规格3D打印相同的工业产品。
虽然传统的制造技术几十年来一直在全球范围内生产国内产品，但这往往涉及专用的高成本生产资产和缺乏灵活性的人员。此外，铸造等技术固有的采购和生产滞后等供应链问题会进一步增加成本，并延迟传统制造产品的交付。
Metal AM承诺在几周而不是几个月内提供现场遗留部件更换。从用于制造金属AM产品的粉末合金原料开始，而不是采购终端条件材料并用传统成型方法对其进行成型，这可能更有效和更环保。此外，AM技术所承诺的几何自由创造了重新想象传统设计的机会。多个部件可以整合成单一的、高度复杂的部件，这些部件是针对性能而不是制造性进行优化的。使用传统制造方法难以加工的合金可以更有效地3D打印，确保用更少的材料提供更高的零件质量。与当前许多制造技术相比，金属AM的周转时间更快，可以提供供应链敏捷性和可扩展的按需交付。
雄心勃勃的最终目标
理想的解决方案是一个单一的数字打印文件，在世界上任何地方的不同AM机器上产生相同的结果。这实现了可扩展的生产，使制造商有信心，他们可以在现在和未来的任何时候在任何类似的机器上生产相同的部件，而不需要额外的开发。然而，尽管金属3d打印部件已经在空中、太空、海洋、地下和发电厂中证明了它们的价值，但没有任何金属激光粉末床融合(LPBF)供应商能够在全球范围内演示可重复的AM分布式制造。
直到现在。
继2021年与北美一家大型油气公司成功完成金属AM油气部件的生产和现场服务部署后，IMI Critical和Velo3D合作将这项工作扩展到分布式制造项目。该项目的目标是证明Velo3D Sapphire打印机可以解决许多AM平台难以解决的生产可扩展性和就绪性问题——使用相同的打印文件，在不同的打印机上生产规格相同的部件，而无需任何进一步的开发工作。如果成功，IMI Critical将有信心相应地扩大生产规模，使用相同的打印文件在世界上任何蓝宝石打印机上可靠地生产相同的部件。
新项目基于相同的节流阀，这是一种用于注水井的高压流量控制装置，用于防止侵蚀、噪音和振动等问题。该部件是对最初通过机械加工和钎焊等传统方法制造的部件进行3d打印升级。AM的重新设计提高了IMI Critical公司专有的Drag技术的有效性，该技术可以通过控制阀管理破坏性流体流速。这些部件是按照美国石油学会(API)制定的最高临界度标准制造的——每个API20S的AMSL 3级。
时光荏苒，我们能再来一次吗?
在不断进步的AM技术方面的十年经验，以及他们早期与Velo3D合作的成功，使IMI Critical有信心追求分布式制造项目。
IMI Critical公司新产品开发总监Steve Freitas表示:“从最终确定新的阀门设计，到决定在不同的地方打印更多的阀门，这一年的等待模拟了全球制造公司每个人都存在的恐惧。”“随着时间的推移，你需要再次大量生产相同的设计，但如果没有额外的开发和认证工作，你怎么能确保它符合规格呢?”
他们是这样做的。
2021年项目现有的Velo3D打印文件，包括3D打印的整个指令集，是从IMI Critical的PLM系统中提取出来的，并安全地发送到三大洲的六个制造基地——四个在美国，一个在亚洲，一个在欧洲。
涉及的cm包括Stratasys Direct Manufacturing (Austin, Texas)、Duncan Machine Products (Duncan, Oklahoma)、Knust-Godwin (Katy, Texas)、Avaco (South Korea)和Schoeller Bleckmann Oilfield Equipment (SBO, Austria)。第六次打印是在Velo3D位于加州的总部进行的。
严格控制每一步
下面是这个项目是如何实施的:
- 在每个CM站点，Velo3D Sapphire系统都经过了一系列校准检查，以确保可预测和一致的打印结果。
- 锁定的“金色打印文件”被加载到每个Velo3D Sapphire系统中;它的激光指令在CM部位不能被改变。这是最初的打印文件，从2021年开始没有任何更改，是使用Velo3D打印准备软件Flow分配的基于特征的参数创建的。
- 每个建筑包含两个部分，并在现场3D打印。校准过程和打印执行质量都由Assure监控，它嵌入在每个Sapphire系统中。
- 构建报告是由Assure自动生成的，它从监视构建的800多个传感器收集数据，确保每个CM的机器上的每个构建都在过程控制限制内一致地执行。在IMI/CCI的节流阀的情况下，从Assure收集的数据符合API20S规定的要求，并无缝集成到OEM的质量体系中。
- 在构建后的脱粉过程中，多余的粉末从每个构建的部件中去除。
- 在后期处理期间，这些零件被解除应力并从构建板上移除。在每个位置进行额外的热处理和加工。
- 质量控制包括每个阀门的尺寸检查、机械测试和流量测试。
- 最后是成品的尺寸检验。
结果在
在完成上述步骤后，12个打印部件(六个生产地各两个)的数据整理工作现已完成:机械测试和流动测试，以及对材料片的破坏性和非破坏性评估，表明所有部件的冶金和功能都符合IMI的设计和性能规范。
Velo3D技术业务开发总监扎克·沃尔顿表示:“我们现在有信心，无论是两周后还是两年后，未来都可以在这些供应商中打印相同的打印文件。”“在API20S中，数字产品定义是复制增材制造组件所需的数据集合，与2021年的项目相同，这表明无需重新认证或重新开发的能力，这对于O&G以及其他试图部署分布式制造的行业来说是一个巨大的胜利。”
这些结果是多个行业AM的风向标，是一个重要的基准，证明使用先进金属LPBF技术的分布式制造在现实世界中是可以实现的。
为AM在任何行业打开了世界
Freitas说:“现在我们正在全球范围内扩大我们的改造业务，我们认识到拥有端到端AM解决方案的价值，可以在不影响质量和可重复性的情况下进行大规模生产。”“我们发现，在这方面，Velo3D方法非常有吸引力。我们不需要每次都重新发明轮子，因为我们有锁定的合格构建配方和打印文件指令。它还节省了成本，因为不需要重复资格。这维护了打印指令文件的IP，随着我们在全球部署，这一点越来越重要。”
该公司已经转向使用Velo3D CMs网络的其他项目，3D打印部件，如用于海上设施的12英寸气体放气阀，以及用于超临界发电厂的10英寸锅炉给水泵阀。
Freitas说:“我们现在为全球客户提供了一个更可扩展的供应链。“Velo3D的技术可以打印我们的传统设计，而无需在新机器上重新认证，允许我们根据需要增加或减少产量。考虑到我们庞大的参考部件库，这对我们来说非常有效。我们还可以在更新遗留设计时进行更广泛的创新。我们现在可以打印非常大的零件，直径达到24英寸，使用新的更大的Sapphire XC系统。我们对这里正在进行的工作和未来的方向感到非常兴奋。”
Velo3D的Walton指出，与IMI Critical合作的全球项目的影响远远超出了油气行业。
“无论你是在太空、国防、电力还是任何其他工业环境中工作，”沃尔顿说，“如果你想复制单个备件，或更多优化的高性能组件，你可能会遇到类似的未来可扩展性问题，AM和全球CMs网络现在可以成功解决。”
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