EOS 关于增材制造性能及其稳定性的研究
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增材制造已在各个追求高质量和可重复性的行业中占据一席之地。医疗和航空航天行业已经开始拥抱增材制造，不仅因为它能够实现高复杂度、高强度和轻量化设计，而且打印的零部件符合监管机构规定的质量标准。尤其医疗行业非常重视增材制造实现定制化生产的能力，同时质量和可重复性也是至关重要的因素。
作为医疗和航空航天行业的全球服务领导者， C＆A Tool 证明了增材制造与传统制造的钛合金产品性能相当，也通过这一过程理解了接受一项新的制造工艺中的障碍。
挑战
目前，对增材制造产品质量认识的缺乏仍然是投资的最大障碍之一，对于增材制造技术的不确定性超过了该技术所带来的好处，特别是在有严格监管要求的行业。因此，增材制造企业有责任强调该技术的真正价值，证明零部件的质量和可重复性能够经得起传统制造标准所遵循的质量要求。使用金属增材制造系统（EOS M290），C＆A Tool 创建了这份验证报告，以证明SLM技术可以达到甚至超过传统的行业标准。
认证参考/使用程序
使用良好的生产规范（GMP）质量控制要求和ASTM测试方法，C＆A Tool 创建了这份研究报告，以使用关键的质量变量（如激光功率）来挑战增材制造过程。目标是证明SLM工艺符合适用于钛合金（ASTM F3001）的力学性能测试和零件密度的 ASTM 材料验收标准。表1和表2列出了本研究中使用的标准程序和 C＆A Tool 操作说明。
方法
在开始质量研究报告之前，C＆A Tool 创建了因果关系（C＆E）研究，以使用实验设计确定过程中的最坏情况变量。该初步研究将激光功率、热处理温度和热处理时间、方向、位置、曝光策略和层厚度视为质量（CtQ）变量的潜在关键因素。
CtQ变量矩阵
EOS参数包括激光功率，层厚度和扫描策略之类的可变量。EOS的这些参数变量可以通过EOSPRINT软件来改变；但是，这些参数在生产过程中必须固定。类似地，曝光策略由程序控制传输到打印系统中。如果改变曝光策略，层厚度或参数组，则可能需要重新认证。
激光功率由每个程序的曝光策略内的参数控制。在这项研究中，激光功率在打印期间受到监控，当瞬时激光功率低于370瓦标称设置的4％（355W）时触发警告。如果瞬时激光功率记录在5.5％（350W）以下，监控设备也会触发警告。
层厚由程序发送至系统来进行控制。在所有参数中，层厚设定为0.06mm。如果厚度从本研究报告中的0.06mm 设置更改，则需要重新认证或证明。
在此协议期间，将设置热处理并且挑战极端情况。在这种情况下，如果改变，则需要进行重新认证或证明。
位置/方向也是影响因素，在该研究报告中，基板所有区域都存在位置或方向的挑战。
图1. 在加工平台上测试位置和方向
质量协议
对C＆E研究的结果进行了审查，并确定了最坏的案例变量：激光功率、热处理温度、热处理时间
图2. 在加工平台上测试位置和方向
在两台EOS M290上进行四个打印任务，在图1中详细描述了工件状态。每个打印任务包括了拉伸测试条和密度立方体，以捕获潜在的变化源，包括打印任务位置和方向（图1）。在C＆E研究中最坏案例变量-激光功率、热处理温度和热处理时间的变量在四个构建作业中是不同的。层厚、材料、曝光策略和机加工在整个方案中保持不变。
所有打印任务均使用一个参数矩阵，其中包括：激光功率、层厚、材料、位置/方向、曝光策略、热处理时间和热处理温度。
验收标准
所有打印任务都按照以下规范进行测试和评估：
除验收标准外，表3还详细列出了所有构建作业的平均测试结果，显示它们符合每种机械性能的标准验收标准。
结果及讨论
图3详细说明了增材制造的拉伸试条的拉伸强度，屈服强度等。研究清楚地表明，增材制在工艺超出了医疗和航空航天业界公认的所有适用的力学性能的相关标准。
C&A Tool 总经理介绍，“这些OQ测试已成为我们业务的重要组成部分。我们的研究结果显示了我们一直都知道的事实：AM 生产的零部件不再受限于传统制造和设计的限制，同时还能生产高质量，可重复的零部件。”
图3：与相关标准相比，所有的机械测试结果
近年来，增材制造愈发受到关注。在该研究中控制打印位置，结果显示在下面的图4中。数据表明，在EOS M290设备上使用60微米层厚和前面描述的激光功率变化的参数生产的零部件，其机械强度特性不会根据构建位置而显着变化（象限左上，右上，左下，右下和中间）。
图4：基于打印平台上的样本位置报告的机械特性
与一致性机械测试结果类似，密度测量不会因系统构建位置变化而异。
图5：基于打印平台上样本的位置报告的密度测量
另一个关键变量是打印平台上的零部件方向。下面的图6表明水平和垂直打印的试样之间的机械性能没有显著差异（ASTM E8）。
图6：基于打印平台上不同方向报告的力学性能
结论
该研究对激光功率、打印位置、打印方向和热处理温度这些关键变量进行了测试。结果表明，增材制造可以达到甚至超过相关行业标准，并且零部件致密度在整个平台上也不会变化。
质量验证报告将继续推动增材制造的广泛应用，特别是在医疗、航空航天和汽车等受严格监管的行业。因此，增材制造企业必须继续进行类似于C＆A Tool 完成的QP测试。测试结果会鼓励增材制造业接收怀疑论者的质疑，利用这些强有力的数据来展示EOS解决方案的价值，以生产最高质量的零部件。
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