美機構正研究金屬3D打印質量監控方法

魔猴君  行業資訊   2829天前

      得益于美國國家標準與技術研究所（NIST）正在進行的一項研究，金屬3D打印的質量監控有望得到進一步改善。這項研究主要涉及NIST的兩大實驗室—工程實驗室（EL）與物理測量實驗室（PML） —合作研制的一臺定制化金屬3D打印機：“增材制造計量測試平臺（AMMT）”。它最大的優點在于能讓研究人員完全控制整個打印過程，從而實時進行更深入的研究。而這就有望催生出可用全新監測和計量工具，解決金屬3D打印中最重要的質量控制問題。

       要解決這個問題，NIST研究人員需要收集大量有關金屬3D打印過程的基本信息，包括被熔化的金屬有多熱、如何降低殘余應力等。這樣，他們才能知道什么樣的傳感器可以幫助用戶詳細了解打印件內部發生的情況。“3D打印界已經開始將傳感器和監測系統融入打印機了。所以，我們也希望獲得這種能力，同時需要一個平臺來測試各種新點子。”研究人員表示。

       據了解，AMMT在工作原理上與一般的激光粉床金屬3D打印機相同，是用激光融化金屬粉末（目前可打印鈦、鈷鉻合金和鎳合金這3種最常用的），然后層層堆積構建出3D實體。所不同的是，它并未安裝專門的軟件，也就是說打印過程是完全開放，可以實時修改的，比如，其激光的速度和功率可以設定為10kHz（即每10微秒照射一次）。這就可以幫助研究人員得到與打印過程有關的更準確的反饋循環，從而更清晰地知曉打印中究竟發生了什么，以及（如果出現問題）該如何改進。

       由于金屬3D打印中的大多數問題都發生在粉末熔化階段，NIST團隊決定精確測量出熔融態金屬的溫度。對此，最好的方法是測量“金屬熔池”發射出的光的顏色，因為這些顏色正是由金屬的溫度決定的。所以，獲得有關這些光的波長信息就有助于確定金屬在被打印時溫度變化。

       好消息是，能監測這種溫度變化的傳感器足以讓大多數用戶獲得足夠的信息來優化打印過程。不過NIST表示，他們的最終目標是實現對溫度的絕對測量，即獲得打印件表面的完整溫度變化圖。為此，他們正在使用一種帶特殊消色差透鏡的相機來測量一些波長較大的光的亮度。

       但對于波長更短的光（光譜上偏紫，意味著溫度更高），就必須采用其它的方法了。為此，他們已經開始研發一種名為TEMPS（熔體、粉末和固體的溫度和輻射強度）的新型傳感器系統了。它將融合多個光譜儀和1個半球形反射計，能幫助他們獲得3倍的放大率和擴展的波長范圍。

       值得一提的是，隨著這種全新計量技術的誕生，能對其它種類金屬粉末進行類似測量的傳感器也將可以被開發出來。更棒的是，這些測量技術還可以用于3D打印以外的領域，因為它們能監測任何正在經歷極端高溫變化的固體材料，比如超音速飛機的翼尖。

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來源：中國3D打印網