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美机构正研究金属3D打印质量监控方法

2017-07-14 09:10:48

得益于美国国家标准与技术研究所(NIST)正在进行的一项研究,金属3D打印的质量监控有望得到进一步改善。这项研究主要涉及NIST的两大实验室—工程实验室(EL)与物理测量实验室(PML) —合作研制的一台定制化金属3D打印机:“增材制造计量测试平台(AMMT)”。它最大的优点在于能让研究人员完全控制整个打印过程,从而实时进行更深入的研究。而这就有望催生出可用全新监测和计量工具,解决金属3D打印中最重要的质量控制问题。



要解决这个问题,NIST研究人员需要收集大量有关金属3D打印过程的基本信息,包括被熔化的金属有多热、如何降低残余应力等。这样,他们才能知道什么样的传感器可以帮助用户详细了解打印件内部发生的情况。“3D打印界已经开始将传感器和监测系统融入打印机了。所以,我们也希望获得这种能力,同时需要一个平台来测试各种新点子。”研究人员表示。


据了解,AMMT在工作原理上与一般的激光粉床金属3D打印机相同,是用激光融化金属粉末(目前可打印钛、钴铬合金和镍合金这3种最常用的),然后层层堆积构建出3D实体。所不同的是,它并未安装专门的软件,也就是说打印过程是完全开放,可以实时修改的,比如,其激光的速度和功率可以设定为10kHz(即每10微秒照射一次)。这就可以帮助研究人员得到与打印过程有关的更准确的反馈循环,从而更清晰地知晓打印中究竟发生了什么,以及(如果出现问题)该如何改进。



由于金属3D打印中的大多数问题都发生在粉末熔化阶段,NIST团队决定精确测量出熔融态金属的温度。对此,最好的方法是测量“金属熔池”发射出的光的颜色,因为这些颜色正是由金属的温度决定的。所以,获得有关这些光的波长信息就有助于确定金属在被打印时温度变化。


好消息是,能监测这种温度变化的传感器足以让大多数用户获得足够的信息来优化打印过程。不过NIST表示,他们的最终目标是实现对温度的绝对测量,即获得打印件表面的完整温度变化图。为此,他们正在使用一种带特殊消色差透镜的相机来测量一些波长较大的光的亮度。



但对于波长更短的光(光谱上偏紫,意味着温度更高),就必须采用其它的方法了。为此,他们已经开始研发一种名为TEMPS(熔体、粉末和固体的温度和辐射强度)的新型传感器系统了。它将融合多个光谱仪和1个半球形反射计,能帮助他们获得3倍的放大率和扩展的波长范围。


值得一提的是,随着这种全新计量技术的诞生,能对其它种类金属粉末进行类似测量的传感器也将可以被开发出来。更棒的是,这些测量技术还可以用于3D打印以外的领域,因为它们能监测任何正在经历极端高温变化的固体材料,比如超音速飞机的翼尖。



文章来源:魔猴网

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