Stratasys Direct Manufacturing，是Stratasys所設立的3D打印及傳統(tǒng)制造服務機構，擁有6種增材制造工藝和3種常規(guī)制造技術。其目標是通過不斷突破極限并改進制造技術，幫助用戶革新產(chǎn)品開發(fā)能力。為了滿足主要行業(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都深入了解，形成了包括工藝、檢驗和材料在內(nèi)的綜合數(shù)字可追溯性質(zhì)量管理生態(tài)系統(tǒng)。

作為金屬3D打印領域的明星企業(yè)，VELO3D以無支撐制造和Assure過程質(zhì)量控制系統(tǒng)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周時間對Assure質(zhì)量控制系統(tǒng)進行了現(xiàn)場測試評估，驗證了該系統(tǒng)對構建監(jiān)控完整性、材料性能預測準確性以及過程數(shù)據(jù)的采集效果。

圖2：正常打印與故意引入缺陷的X射線圖像

兩家公司共同收集了Assure的數(shù)據(jù)集以及零件的實際性能數(shù)據(jù)，以用來評估Assure的預測結果與觀察到的實際零件性能的相關性。通過持續(xù)分析熔池數(shù)據(jù)并將其與多個生產(chǎn)運行因素相關聯(lián)，工程師可以實時生成具有統(tǒng)計意義的現(xiàn)象規(guī)律。

VELO3D的工程師制作了一個測試結構，其形狀類似楔形（20mm x 41mm），尺寸較小，跟隨Stratasys Direct的實際生產(chǎn)任務一起執(zhí)行。這些測試結構在垂直方向“堆疊”形成一個塔樓，每項驗證建造都有兩個測試塔，每臺激光器分配一個。將這些楔形物從構建板上取下后可以用手將其分開。樣品的幾何形狀如圖2所示，其設計便于進行破壞性測試。

圖3：將測試結構添加到生產(chǎn)任務中進行破壞性測試

將Stratasys Direct和VELO3D收集的數(shù)據(jù)一起繪制，圖3顯示了Assure孔隙率預測值與實際整體孔隙率結果之間的相關性。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(diào)整并不足以引入缺陷（兩個藍色實心數(shù)據(jù)點位于無空隙區(qū)域），而對氬氣流量的調(diào)整則出現(xiàn)了大量孔隙。

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

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

Assure對于生產(chǎn)任務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(xiàn)了緊急停止事件，需要重新啟動打印。該中斷在Assure孔隙率預測數(shù)據(jù)中清晰可見，顯示為異常熔體。然而，X射線分析表明，該層未出現(xiàn)任何熔合缺陷，表明熔合過程的偏差不足以導致缺陷。圖5：Assure對每層孔隙率的預測數(shù)據(jù)

未來工作

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

但是實際的測量結果顯示，可以建立這種相關性，但無法創(chuàng)建確定的線性閾值，也即大體趨勢是可以預測的。Stratasys Direct團隊和VELO3D將繼續(xù)合作，完善傳感器數(shù)據(jù)處理算法，以期實現(xiàn)更精確的測量。