近年來，金屬3D打印技術(shù)從工藝的進(jìn)步和應(yīng)用迅速發(fā)展起來，但隨著應(yīng)用的越來越廣泛，人們對這一技術(shù)的認(rèn)識(shí)也就越深，零件的安全性也就越重要。  

然而，金屬3D打印還不能很好地解決零件的微孔、未熔缺陷和力學(xué)性能各向異性等問題，造成這些問題的原因有很多，如3D打印過程復(fù)雜、金屬粉末特性不均勻、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)不穩(wěn)定、零件形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及工藝設(shè)計(jì)失配等。  

金屬印刷中內(nèi)部缺陷的計(jì)算機(jī)斷層檢測  

在這樣一個(gè)復(fù)雜的過程中，普通的技術(shù)手段很難確保在零件的不同領(lǐng)域、零件和零件之間、同一設(shè)備的不同生產(chǎn)批次之間以及不同設(shè)備生產(chǎn)的同一部件之間的相同性能，即很難保證該工藝的重復(fù)性。工藝重復(fù)性和質(zhì)量一致性是3D打印技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，尤其是在航空航天和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，密切監(jiān)測過程狀態(tài)變化，建立閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，是解決這一問題的最佳途徑。  

過程監(jiān)控技術(shù)能發(fā)揮什么作用？  

首先，可以獲得工藝信息，以便更好地理解3D打印過程。  

第二，它可以為整個(gè)制造過程提供質(zhì)量分析方法，而不是無損檢測，并為高端用戶建立信任機(jī)制。  

第三，它有助于建立三維打印過程的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)智能過程控制，實(shí)現(xiàn)零缺陷零件的制造。  

3D打印過程需要監(jiān)控哪些數(shù)據(jù)？  

目前，過程監(jiān)控技術(shù)主要是針對粉末床激光和電子束熔化技術(shù)。影響3D打印質(zhì)量的參數(shù)有50多個(gè)，每個(gè)參數(shù)都會(huì)影響最終零件的質(zhì)量。整體而言，可分為三類：  

(1)監(jiān)測設(shè)備和環(huán)境狀況  

對于以激光為熱源的三維打印技術(shù)，首先要監(jiān)測的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)是激光功率和設(shè)備溫度。更復(fù)雜的監(jiān)測包括監(jiān)測光束斑的位置和焦點(diǎn)。當(dāng)偏差超過極限時(shí)，系統(tǒng)將被關(guān)閉。此外，激光3D打印設(shè)備采用惰性氣體保護(hù)，確保金屬在熔化時(shí)不會(huì)氧化，因此也將在線監(jiān)測印刷環(huán)境中的氧含量。  

(2)粉床鋪粉的一致性監(jiān)測  

原理是用CCD攝像機(jī)拍攝粉末鋪層后的床層照片，通過對標(biāo)準(zhǔn)照片數(shù)據(jù)的比較，可以檢測出粉末床的平整度、凸出點(diǎn)、夾雜物等，如果發(fā)現(xiàn)問題，可以采取一些技術(shù)措施加以糾正和修復(fù)。  

(3)過程監(jiān)測  

對這一過程的監(jiān)測是最復(fù)雜的。主要包括熔池溫度的監(jiān)測、熔池形狀參數(shù)的監(jiān)測、掃描軌跡的監(jiān)測和粉末床溫度的檢測。同時(shí)，過程監(jiān)控模塊還需要測量熔化過程的熱輻射，始終控制材料的掃描過程和熔化特性，識(shí)別每種可能的缺陷類型，包括孔、孔、固體包裹體或不完全熔合。  

電子束選區(qū)熔化對粉床溫度的監(jiān)測尤為重要，這種工藝要對每一層粉末進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱的溫度是決定成敗的關(guān)鍵因素。

更新日期：2020-03-23

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