Stratasys Direct Manufacturing，是Stratasys所設(shè)立的3D打印及傳統(tǒng)制造服務(wù)機(jī)構(gòu)，擁有6種增材制造工藝和3種常規(guī)制造技術(shù)。其目標(biāo)是通過不斷突破極限并改進(jìn)制造技術(shù)，幫助用戶革新產(chǎn)品開發(fā)能力。為了滿足主要行業(yè)對(duì)準(zhǔn)確性和可追溯性的需求，Stratasys Direct的工藝和制造工程師對(duì)每項(xiàng)技術(shù)都深入了解，形成了包括工藝、檢驗(yàn)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(lǐng)域的明星企業(yè)，VELO3D以無(wú)支撐制造和Assure過程質(zhì)量控制系統(tǒng)聞名，為了檢驗(yàn)后者是否確如官方宣傳那樣有效，Stratasys Direct花費(fèi)12周時(shí)間對(duì)Assure質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)估，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)構(gòu)建監(jiān)控完整性、材料性能預(yù)測(cè)準(zhǔn)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(shí)際性能數(shù)據(jù)，以用來評(píng)估Assure的預(yù)測(cè)結(jié)果與觀察到的實(shí)際零件性能的相關(guān)性。通過持續(xù)分析熔池?cái)?shù)據(jù)并將其與多個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行因素相關(guān)聯(lián)，工程師可以實(shí)時(shí)生成具有統(tǒng)計(jì)意義的現(xiàn)象規(guī)律。

VELO3D的工程師制作了一個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)，其形狀類似楔形（20mm x 41mm），尺寸較小，跟隨Stratasys Direct的實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)一起執(zhí)行。這些測(cè)試結(jié)構(gòu)在垂直方向“堆疊”形成一個(gè)塔樓，每項(xiàng)驗(yàn)證建造都有兩個(gè)測(cè)試塔，每臺(tái)激光器分配一個(gè)。將這些楔形物從構(gòu)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(shè)計(jì)便于進(jìn)行破壞性測(cè)試。

圖3：將測(cè)試結(jié)構(gòu)添加到生產(chǎn)任務(wù)中進(jìn)行破壞性測(cè)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(yù)測(cè)值與實(shí)際整體孔隙率結(jié)果之間的相關(guān)性。在生產(chǎn)條件下，Stratasys Direct的藍(lán)寶石3D打印機(jī)所制造的零件致密度非常高（由空心的藍(lán)色方塊表示），對(duì)光束尺寸的調(diào)整并不足以引入缺陷（兩個(gè)藍(lán)色實(shí)心數(shù)據(jù)點(diǎn)位于無(wú)空隙區(qū)域），而對(duì)氬氣流量的調(diào)整則出現(xiàn)了大量孔隙。

圖4：在Stratasys Direct上運(yùn)行的體積/孔隙率（x射線）與assure孔隙率預(yù)測(cè)的對(duì)數(shù)/線性圖

這意味著藍(lán)寶石打印機(jī)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(duì)于孔隙率的預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量值是一致的。

Assure對(duì)于生產(chǎn)任務(wù)的孔隙度預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4所示，很明顯，這些零件的預(yù)測(cè)缺陷率相對(duì)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(hào)樣件。隨后對(duì)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(dòng)打印。該中斷在Assure孔隙率預(yù)測(cè)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(dǎo)致缺陷。圖5：Assure對(duì)每層孔隙率的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

未來工作

為了充分利用孔隙率預(yù)測(cè)作為零件質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)測(cè)孔隙率。理想情況下，目標(biāo)材料特性線以上的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都應(yīng)顯示高于已建立閾值的預(yù)測(cè)水平。

但是實(shí)際的測(cè)量結(jié)果顯示，可以建立這種相關(guān)性，但無(wú)法創(chuàng)建確定的線性閾值，也即大體趨勢(shì)是可以預(yù)測(cè)的。Stratasys Direct團(tuán)隊(duì)和VELO3D將繼續(xù)合作，完善傳感器數(shù)據(jù)處理算法，以期實(shí)現(xiàn)更精確的測(cè)量。