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3D Printing Veri fj cation and Standards Authors: Miller Allen, Wesley Chen, Connie Wang This work was created in an open classroom environment as part of the Engineering Leadership


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Engineering Leadership Professional Program

3D Printing Verifjcation and Standards

Authors: Miller Allen, Wesley Chen, Connie Wang

This ¡work ¡was ¡created ¡in ¡an ¡open ¡classroom ¡environment ¡as ¡part ¡of ¡the ¡Engineering ¡Leadership ¡Professional ¡Program ¡ (ELPP) ¡developed ¡and ¡led ¡by ¡Prof. ¡Ikhlaq ¡Sidhu ¡at ¡UC ¡Berkeley. ¡ ¡There ¡should ¡be ¡no ¡proprietary ¡informaEon ¡contained ¡in ¡ this ¡work. ¡No ¡informaEon ¡contained ¡in ¡this ¡work ¡is ¡intended ¡to ¡affect ¡or ¡influence ¡public ¡relaEons ¡with ¡any ¡firm ¡affiliated ¡ with ¡any ¡of ¡the ¡authors. ¡The ¡views ¡represented ¡are ¡those ¡of ¡the ¡authors ¡alone. ¡ ¡ ¡

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Engineering Leadership Professional Program

Storyboard ¡

IMAGINE-­‑ ¡Heart ¡Valve ¡ IMAGINE-­‑ ¡Boarding ¡ Plane ¡and ¡riding ¡at ¡ 37000 ¡T ¡

IMAGINE ¡– ¡ordering ¡toy ¡or ¡ prinEng ¡toy ¡at ¡home ¡ ¡ Is ¡the ¡file ¡correct? ¡ Is ¡there ¡something ¡wrong ¡with ¡ your ¡“spool”? ¡ Is ¡there ¡something ¡wrong ¡with ¡ your ¡printer? ¡

First ¡Let’s ¡make ¡the ¡case ¡ for ¡the ¡emergence ¡of ¡the ¡ 3-­‑D ¡printer ¡market: ¡Show ¡ CAGR ¡slides ¡and ¡growth ¡

  • here. ¡ShiT ¡to ¡Industrial ¡+ ¡

growth ¡of ¡small ¡players. ¡

Now ¡let’s ¡take ¡a ¡look ¡at ¡what ¡the ¡ major ¡stakeholders ¡are ¡saying ¡ about ¡the ¡need ¡for ¡standards ¡and ¡

  • verificaEon. ¡ ¡Also, ¡add ¡why ¡3-­‑D ¡

prinEng ¡poses ¡unique ¡challenges ¡ ¡ 1) ¡each ¡print ¡could ¡be ¡a ¡“unique” ¡ material ¡2) ¡material ¡dimensions ¡ are ¡a ¡funcEon ¡of ¡the ¡tool ¡ capability ¡and ¡secngs. ¡

Who ¡will ¡be ¡responsible ¡for ¡ defining ¡these ¡standards: ¡ 3-­‑D ¡printers ¡mfrers. ¡ themselves ¡ ConsorEa ¡and ¡gov’t ¡ Industrial ¡Users ¡ Small ¡printer ¡manufacturers ¡ and ¡print ¡services ¡(example) ¡ How ¡is ¡this ¡verificaEon ¡done ¡in ¡the ¡ “subtracEve ¡manufacturing ¡ Space? ¡Who ¡are ¡the ¡major ¡players ¡ in ¡each. ¡ CMM ¡ CT ¡Scan ¡ 3-­‑D ¡Laser/OpEcal ¡Scanners ¡ Materials ¡TesEng ¡

Who ¡is ¡best ¡posiEoned ¡to ¡bridge ¡ the ¡gap ¡between ¡the ¡standards ¡ and ¡the ¡unique ¡needs ¡of ¡3DP? ¡– High ¡End ¡Case ¡Studies: ¡ ¡Sigma ¡ Labs+GE, ¡EOS+MTU ¡Aero, ¡ Stratsys ¡medical ¡applicaEon-­‑ ¡USP ¡ ¡ bio-­‑medical ¡standards. ¡ ¡ ¡ For ¡low ¡end ¡consumer ¡products ¡ end: ¡These ¡approaches ¡may ¡be ¡ cost ¡or ¡Eme ¡prohibiEve. ¡ ¡ ¡

What ¡are ¡the ¡gaps ¡that ¡sEll ¡need ¡to ¡be ¡ met? ¡ 1) Market ¡Size-­‑ ¡Many ¡new ¡ entrants ¡to ¡printer ¡and ¡service ¡ market ¡– ¡all ¡will ¡need ¡ verificaEon ¡ 2) Mid-­‑range ¡to ¡Low ¡end ¡market ¡ needs ¡lower ¡cost ¡metrology ¡(CT ¡ Scanner ¡$200-­‑400k) ¡ 3) Materials ¡ ¡ All ¡of ¡these ¡technologies ¡are ¡real, ¡all ¡ are ¡coming ¡soon, ¡the ¡3-­‑D ¡prinEng ¡ revoluEon ¡is ¡here, ¡how ¡will ¡these ¡ quality ¡and ¡standards ¡quesEons ¡be ¡ addressed ¡and ¡by ¡whom? ¡ Our ¡goal ¡in ¡this ¡presentaEon ¡is ¡to ¡ address ¡this ¡quesEon ¡and ¡speculate ¡

  • n ¡the ¡possibility ¡of ¡growth ¡in ¡the ¡

verifcaEon ¡sector ¡for ¡exisEng ¡players ¡ as ¡well ¡as ¡new ¡possible ¡entrants. ¡ ¡

How ¡will ¡standards ¡and ¡ quality ¡be ¡enforced: ¡ UL ¡-­‑ ¡AM ¡ A2AL ¡–spell ¡out ¡ ASTM ¡–spell ¡out ¡ SASAM ¡– ¡EU ¡standards ¡ PRI ¡(clearing ¡house ¡–non ¡ profit) ¡

Summarize ¡–standards ¡and ¡ verificaEon ¡are ¡essenEal ¡to ¡ make ¡sure ¡you ¡get ¡“this” ¡ and ¡“not ¡this”. ¡And ¡your ¡ heart ¡valve ¡will ¡pump, ¡your ¡ plane ¡will ¡stay ¡in ¡the ¡air ¡and ¡ your ¡4 ¡yr ¡old ¡will ¡be ¡happy ¡ with ¡their ¡customized ¡toy. ¡

Is ¡there ¡an ¡opportunity ¡for ¡a ¡company/

  • rg ¡to ¡fill ¡these ¡gaps? ¡

1) Market ¡Size ¡– ¡Aggregator ¡like ¡PRI ¡ example ¡ 2) Mid-­‑range ¡to ¡Low ¡end ¡market ¡ needs ¡lower ¡cost ¡metrology ¡– ¡ New ¡3-­‑D ¡scanner ¡ 3) Materials ¡-­‑ ¡?? ¡(are ¡there ¡cheaper/ faster ¡methods ¡to ¡ensure ¡ reliability/safety/composiEon). ¡

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Engineering Leadership Professional Program

The ¡Doctor’s ¡Office ¡

  • Will ¡this ¡work? ¡
  • Will ¡this ¡last? ¡ ¡
  • How ¡do ¡they ¡

test ¡this ¡stuff? ¡ ¡

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Engineering Leadership Professional Program

A ¡Flight ¡in ¡Your ¡Very ¡Near ¡Future ¡c. ¡2016 ¡

Airbus ¡A320 ¡ Boeing ¡737 ¡

  • Are ¡these ¡

engines ¡safe? ¡ ¡

  • How ¡were ¡

these ¡parts ¡ tested? ¡ GE ¡LEAP ¡ENGINE ¡

100,000! ¡

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A ¡Special ¡GiT ¡for ¡Your ¡Favorite ¡Boy ¡or ¡Girl ¡

What ¡ happened? ¡ ¡ File? ¡Material? ¡ My ¡Printer? ¡Bad ¡ Print ¡Service? ¡

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3D ¡PrinEng ¡is ¡Here ¡NOW! ¡

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Global ¡Market ¡AcceleraEon ¡

Projected ¡3.8B(2014) ¡to ¡16.2B ¡(2018) ¡with ¡45.7% ¡CAGR ¡ Global ¡Market ¡ Strong ¡shiR ¡to ¡Industrial ¡

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Engineering Leadership Professional Program

Standards ¡and ¡TesEng ¡are ¡EssenEal ¡

End ¡User ¡

ApplicaVon ¡ Developers ¡

Hardware ¡ vendors ¡ SoRware ¡ Vendors ¡ Service ¡ Providers ¡ Standards, ¡ ValidaVon, ¡ TesVng ¡& ¡ CerVficaVon ¡

Novelty ¡ Quality ¡

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Engineering Leadership Professional Program

Eco-­‑system ¡Gap ¡ How ¡to ¡Ensure ¡ Quality ¡ at ¡the ¡mid ¡to ¡low ¡end ¡of ¡the ¡ market ¡

MANUFACTURERS ¡ CONSORTIA ¡ and ¡ GOVERNMENT ¡ AGENCIES ¡

Opportunity ¡in ¡3-­‑D ¡ValidaEon ¡and ¡InspecEon ¡Space ¡

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Engineering Leadership Professional Program

3DP/AM ¡Standards, ¡TesEng, ¡and ¡VerificaEon ¡ ¡

Primary ¡Users ¡and ¡ PracEEoners ¡

  • Printer ¡Manufacturers ¡
  • Industrial ¡Users ¡
  • 3-­‑D ¡PrinEng ¡Services ¡
  • 3-­‑D ¡PrinEng ¡Finishing ¡

Services ¡

  • Standard ¡Machining ¡

houses ¡transiEoning ¡to ¡ 3D ¡

Government ¡ Agencies ¡and ¡ RegulaEng ¡Bodies ¡

  • ASTM ¡
  • NIST ¡
  • FDA ¡
  • FAA ¡
  • ASTM ¡
  • SME ¡
  • SAE ¡
  • TMS ¡

3-­‑D ¡Metrology ¡and ¡ NDT ¡InspecEon ¡ Services/Material ¡ CharacterizaEon ¡Labs ¡

  • Zeiss ¡
  • FARO ¡
  • Keyence ¡
  • Perceptron ¡
  • X-­‑ray ¡InspecEon ¡

Service ¡

  • EAG ¡
  • Nanolab ¡
  • ConstellaEon ¡

Technology ¡ ¡

Standards, ¡AudiEng ¡ and ¡CerEficaEon ¡ Non-­‑Profits ¡and ¡ Companies ¡ ¡

  • UL ¡
  • Sigma ¡Labs ¡
  • ETL ¡
  • A2AL ¡
  • PRI ¡

Establish ¡In-­‑house ¡ TesEng ¡ ¡ ¡ Use ¡InternaEonal ¡ Standards ¡ Define ¡InternaEonal ¡ Standards ¡ Offer ¡Standards ¡ Compliance ¡AudiEng, ¡ and ¡Safety ¡CerEficaEon. ¡ Coordinate ¡Standards ¡ across ¡mulEple ¡OEMS ¡ Sell ¡Tools ¡and ¡Services ¡ to ¡measure ¡and ¡ characterize ¡3-­‑D ¡objects ¡ (3DP ¡can ¡be ¡subset). ¡

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Market ¡TracEon– ¡Leaders ¡and ¡Trends ¡

$500k ¡contract ¡for ¡Quality ¡Assurance ¡ ¡ ¡ Uses ¡Sigma ¡Labs ¡“PrintRite3D” ¡ 3DS: ¡VisiJet ¡/ ¡Stratasys: ¡FDM ¡& ¡PolyJet ¡ USP ¡PlasVc ¡Class ¡VI ¡to ¡ISO ¡10993 ¡raVngs ¡

Quality ¡Services ¡& ¡ Aggregators ¡ ↓$, ¡Maintain ¡Quality ¡

MTU ¡Aero ¡Engines ¡OpVcal ¡Tomography ¡ will ¡be ¡used ¡by ¡EOS ¡for ¡AM ¡quality ¡

  • assurance. ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡$$$$ ¡ High ¡Quality ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡$$$$ ¡ High ¡Quality ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡$$$$ ¡ High ¡Quality ¡

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Engineering Leadership Professional Program

TEST ¡STRUCTURES ¡ NIST ¡& ¡STRATASYS ¡

¡ ¡ ¡3-­‑D ¡scanners ¡for ¡iPAD ¡ Intel ¡RealSense ¡3D ¡for ¡ Android ¡& ¡HP ¡Sprout ¡ Portable ¡Hi-­‑Res ¡3-­‑D ¡ scanners ¡

¡ ¡Tabletop ¡Hi-­‑Res ¡ Scanners ¡

Emerging ¡Tech ¡for ¡Dimensional ¡Analysis ¡

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Other ¡Emerging ¡OpportuniEes ¡ ¡

Development ¡of ¡New ¡TesVng ¡ and ¡Metrology ¡Techniques ¡ Crowd ¡Sourced ¡ Reviews ¡& ¡Ranking ¡ ¡

¡ ¡ Designs, ¡Machines, ¡Materials, ¡ SoRware, ¡Designers, ¡Services ¡ ¡

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Engineering Leadership Professional Program

In ¡Conclusion ¡

Standards, ¡ ValidaVon, ¡ TesVng ¡& ¡ CerVficaVon ¡