美機(jī)構(gòu)正研究金屬3D打印質(zhì)量監(jiān)控方法

魔猴君  行業(yè)資訊   2668天前

      得益于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究，金屬3D打印的質(zhì)量監(jiān)控有望得到進(jìn)一步改善。這項(xiàng)研究主要涉及NIST的兩大實(shí)驗(yàn)室—工程實(shí)驗(yàn)室（EL）與物理測(cè)量實(shí)驗(yàn)室（PML） —合作研制的一臺(tái)定制化金屬3D打印機(jī)：“增材制造計(jì)量測(cè)試平臺(tái)（AMMT）”。它最大的優(yōu)點(diǎn)在于能讓研究人員完全控制整個(gè)打印過程，從而實(shí)時(shí)進(jìn)行更深入的研究。而這就有望催生出可用全新監(jiān)測(cè)和計(jì)量工具，解決金屬3D打印中最重要的質(zhì)量控制問題。

       要解決這個(gè)問題，NIST研究人員需要收集大量有關(guān)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(yīng)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(xì)了解打印件內(nèi)部發(fā)生的情況。“3D打印界已經(jīng)開始將傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)融入打印機(jī)了。所以，我們也希望獲得這種能力，同時(shí)需要一個(gè)平臺(tái)來測(cè)試各種新點(diǎn)子。”研究人員表示。

       據(jù)了解，AMMT在工作原理上與一般的激光粉床金屬3D打印機(jī)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(gòu)建出3D實(shí)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(shí)時(shí)修改的，比如，其激光的速度和功率可以設(shè)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(guān)的更準(zhǔn)確的反饋循環(huán)，從而更清晰地知曉打印中究竟發(fā)生了什么，以及（如果出現(xiàn)問題）該如何改進(jìn)。

       由于金屬3D打印中的大多數(shù)問題都發(fā)生在粉末熔化階段，NIST團(tuán)隊(duì)決定精確測(cè)量出熔融態(tài)金屬的溫度。對(duì)此，最好的方法是測(cè)量“金屬熔池”發(fā)射出的光的顏色，因?yàn)檫@些顏色正是由金屬的溫度決定的。所以，獲得有關(guān)這些光的波長(zhǎng)信息就有助于確定金屬在被打印時(shí)溫度變化。

       好消息是，能監(jiān)測(cè)這種溫度變化的傳感器足以讓大多數(shù)用戶獲得足夠的信息來優(yōu)化打印過程。不過NIST表示，他們的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的絕對(duì)測(cè)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(jī)來測(cè)量一些波長(zhǎng)較大的光的亮度。

       但對(duì)于波長(zhǎng)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(jīng)開始研發(fā)一種名為TEMPS（熔體、粉末和固體的溫度和輻射強(qiáng)度）的新型傳感器系統(tǒng)了。它將融合多個(gè)光譜儀和1個(gè)半球形反射計(jì)，能幫助他們獲得3倍的放大率和擴(kuò)展的波長(zhǎng)范圍。

       值得一提的是，隨著這種全新計(jì)量技術(shù)的誕生，能對(duì)其它種類金屬粉末進(jìn)行類似測(cè)量的傳感器也將可以被開發(fā)出來。更棒的是，這些測(cè)量技術(shù)還可以用于3D打印以外的領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兡鼙O(jiān)測(cè)任何正在經(jīng)歷極端高溫變化的固體材料，比如超音速飛機(jī)的翼尖。

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來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)