Stratasys Direct Manufacturing，是Stratasys所設立的3D打印及傳統制造服務(wù)機構，擁有6種增材制造工藝和3種常規制造技術(shù)。其目標是通過(guò)不斷突破極限并改進(jìn)制造技術(shù)，幫助用戶(hù)革新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。為了滿(mǎn)足主要行業(yè)對準確性和可追溯性的需求，Stratasys Direct的工藝和制造工程師對每項技術(shù)都深入了解，形成了包括工藝、檢驗和材料在內的綜合數字可追溯性質(zhì)量管理生態(tài)系統。

作為金屬3D打印領(lǐng)域的明星企業(yè)，VELO3D以無(wú)支撐制造和Assure過(guò)程質(zhì)量控制系統聞名，為了檢驗后者是否確如官方宣傳那樣有效，Stratasys Direct花費12周時(shí)間對Assure質(zhì)量控制系統進(jìn)行了現場(chǎng)測試評估，驗證了該系統對構建監控完整性、材料性能預測準確性以及過(guò)程數據的采集效果。

圖2：正常打印與故意引入缺陷的X射線(xiàn)圖像

兩家公司共同收集了Assure的數據集以及零件的實(shí)際性能數據，以用來(lái)評估Assure的預測結果與觀(guān)察到的實(shí)際零件性能的相關(guān)性。通過(guò)持續分析熔池數據并將其與多個(gè)生產(chǎn)運行因素相關(guān)聯(lián)，工程師可以實(shí)時(shí)生成具有統計意義的現象規律。

VELO3D的工程師制作了一個(gè)測試結構，其形狀類(lèi)似楔形（20mm x 41mm），尺寸較小，跟隨Stratasys Direct的實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)一起執行。這些測試結構在垂直方向“堆疊”形成一個(gè)塔樓，每項驗證建造都有兩個(gè)測試塔，每臺激光器分配一個(gè)。將這些楔形物從構建板上取下后可以用手將其分開(kāi)。樣品的幾何形狀如圖2所示，其設計便于進(jìn)行破壞性測試。

圖3：將測試結構添加到生產(chǎn)任務(wù)中進(jìn)行破壞性測試

將Stratasys Direct和VELO3D收集的數據一起繪制，圖3顯示了Assure孔隙率預測值與實(shí)際整體孔隙率結果之間的相關(guān)性。在生產(chǎn)條件下，Stratasys Direct的藍寶石3D打印機所制造的零件致密度非常高（由空心的藍色方塊表示），對光束尺寸的調整并不足以引入缺陷（兩個(gè)藍色實(shí)心數據點(diǎn)位于無(wú)空隙區域），而對氬氣流量的調整則出現了大量孔隙。

圖4：在Stratasys Direct上運行的體積/孔隙率（x射線(xiàn)）與assure孔隙率預測的對數/線(xiàn)性圖

這意味著(zhù)藍寶石打印機的激光光斑尺寸處理窗口很大。數據表明，Assure質(zhì)量控制系統對于孔隙率的預測和實(shí)際測量值是一致的。

Assure對于生產(chǎn)任務(wù)的孔隙度預測結果如圖4所示，很明顯，這些零件的預測缺陷率相對恒定，并且在所有層中都很低。唯一的偏差發(fā)生在865層的496號樣件。隨后對打印中斷的分析表明，該層出現了緊急停止事件，需要重新啟動(dòng)打印。該中斷在A(yíng)ssure孔隙率預測數據中清晰可見(jiàn)，顯示為異常熔體。然而，X射線(xiàn)分析表明，該層未出現任何熔合缺陷，表明熔合過(guò)程的偏差不足以導致缺陷。圖5：Assure對每層孔隙率的預測數據

未來(lái)工作

為了充分利用孔隙率預測作為零件質(zhì)量的評價(jià)標準，Stratasys Direct希望制作一個(gè)具有兩個(gè)軸的四象限圖：一個(gè)代表實(shí)際體積孔隙率，一個(gè)代表預測孔隙率。理想情況下，目標材料特性線(xiàn)以上的所有數據點(diǎn)都應顯示高于已建立閾值的預測水平。

但是實(shí)際的測量結果顯示，可以建立這種相關(guān)性，但無(wú)法創(chuàng )建確定的線(xiàn)性閾值，也即大體趨勢是可以預測的。Stratasys Direct團隊和VELO3D將繼續合作，完善傳感器數據處理算法，以期實(shí)現更精確的測量。