國產金屬3D打印在線監(jiān)控系統(tǒng)來了！西空智造填補空白

南極熊導讀：終于，國產金屬3D打印在線監(jiān)控系統(tǒng)來了！

增材制造是典型的數(shù)字化加工過程，零件數(shù)字模型輸入到3D打印機直接生成一個完整零件。零件是好是壞，則需進行工業(yè)CT等離線無損檢測方式判定，一旦出現(xiàn)問題則造成嚴重人力、物力以及時間的浪費。

金屬激光增材加工過程是非常復雜的冶金過程，現(xiàn)行的技術手段很難確保加工工藝的可重復性和質量一致性。往往在零件不同區(qū)域、零件與零件之間、同一臺設備不同批次之間，以及不同設備生產的同一零件之間存在較大的分散性。這一點極大地制約了激光增材制造的廣泛應用，尤其是航空航天領域的高附加值零部件的批量生產。

目前行業(yè)領先的增材制造設備廠家，均采用過程監(jiān)控技術解決這一問題，例如，EOS開發(fā)的EOSTATE模塊，SLM solutions開發(fā)的QAS模塊，Renishaw開發(fā)的InfiniAM模塊，以及Concept Laser開發(fā)的QMmeltpool模塊等；而國內做的廠商很少。

為了保障航空航天領域高附加值產品增材制造過程可追溯性，工藝可重復性和性能一致性。南極熊獲悉，2020年7月，西安空天機電智能制造有限公司（簡稱西空智造）正式推出了一款國產的激光增材過程監(jiān)控系統(tǒng)，主要包含粉末床在線監(jiān)控模塊和熔池在線監(jiān)控模塊兩部分，主要針對激光粉末床熔融工藝的兩個關鍵工藝節(jié)點進行監(jiān)控，即鋪粉過程和熔池。

• 粉末床監(jiān)控模塊，可以實現(xiàn)鋪粉狀態(tài)的在線識別，打印精度的實時分析以及零件打印結果的三維重構；不僅可用于質量監(jiān)測，還可兼容適應性加工以及零件嫁接。
• 熔池監(jiān)控模塊，一方面可以實時監(jiān)測熔池是否失穩(wěn)，另一方面可作為工藝策略優(yōu)化的定量化指針以及熔池熔化凝固的熱力學/動力學分析工具。
• 此外，在線監(jiān)控也是打印過程閉環(huán)控制以及智能化的基礎。
  

  

△工作臺面

△系統(tǒng)前端

（左-熔池監(jiān)控模塊；右-粉末床監(jiān)控模塊）

粉末床監(jiān)控模塊

簡介：鋪粉監(jiān)控模塊主要用于監(jiān)測激光粉末床熔融設備鋪粉狀態(tài)和打印后狀態(tài)監(jiān)測；識別鋪粉和打印過程中異常現(xiàn)象，實時進行閉環(huán)控制，保證成型質量、降低生產成本，提高打印過程可控性，實現(xiàn)缺陷分析智能化。

△視頻：粉床加工

過程監(jiān)測：基于圖像處理和機器學習算法，實時對鋪粉和打印過程的缺陷進行標記和分類，包括刮刀抖動、刮刀拖拽、不完全鋪粉、零件漏出、黑斑等典型異常。

閉環(huán)控制：針對異常情況采取相應的閉環(huán)控制措施，如再鋪粉、停機、工藝參數(shù)調整等，確保打印過程中鋪粉均勻性和穩(wěn)定性，提高打印質量。

統(tǒng)計分析：過程歷時數(shù)據(jù)的便捷查看，全過程數(shù)據(jù)可追溯，三維模型重構以及不同切片特征觀察及缺陷統(tǒng)計，零件3D模型分析報告。

用戶參與：實體感興趣區(qū)域自定義；每層感興趣區(qū)域自定義；各類缺陷閾值自定義；原始數(shù)據(jù)提供；支持用戶個性化定制。

熔池在線監(jiān)控模塊

簡介：熔池監(jiān)控模塊是一種激光粉末床熔融過程中將熔池信息可視化的監(jiān)測工具。實時記錄生產過程中熔池產生的等離子體輻射和熔池形貌數(shù)據(jù)，是工藝開發(fā)、優(yōu)化和評估的重要資源。在制造零部件時，可將生產過程中質量信息完整記錄并標識出生產過程中所存在的異常，作為質量文件以供用戶參考。

過程監(jiān)測：基于信號和圖像處理算法，獲得高質量的熔池輻射強度、熔池形貌等信息；實時解析獲取激光掃描X/Y位置；實時監(jiān)測激光開關、激光功率等。實時對打印層缺陷進行標記和分類，包括溫度過高，熔池失穩(wěn)、飛濺過大等典型缺陷。

閉環(huán)控制：由于熔池特征較為復雜，影響因素較多，整個過程有著非常高動態(tài)特性，開發(fā)自動修正反饋回路，硬件和工藝層面均面臨巨大的挑戰(zhàn),仍處于研制階段。

統(tǒng)計分析：精細化分析歷史數(shù)據(jù)，全過程數(shù)據(jù)可追溯和用戶操作日志查看，不同切面掃描特征觀察及缺陷統(tǒng)計，零件3D模型分析報告。

用戶參與：缺陷最小識別率設定；不同缺陷閾值自定義；原始數(shù)據(jù)提供；支持用戶個性化定制。

典型應用場景

三維模型可視化及缺陷重構代替CT檢測

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)生產三維模型，結合圖像處理算法和機器學習算法實現(xiàn)缺陷重構，對缺陷位置、類型和形貌進行標記和分類，代替昂貴的CT檢測結果。

△視頻：歷史查看和3D重構

工藝策略控制和優(yōu)化工具

為用戶提供所有原始數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)分析模塊和工具，為了工藝參數(shù)改進提供解決方案和思路。

△工藝參數(shù)-熔池狀態(tài)-信號特征映射關系分析

缺陷識別與反饋

建立3D打印過程的閉環(huán)控制，實現(xiàn)工藝控制智能化和零缺陷零件制造。

△視頻：熔池形貌提取

△典型缺陷在線識別

據(jù)了解，目前，該產品已在空軍工程大學航空備件應急保障制造和搶修中得到應用。

公司名稱：西安空天機電智能制造有限公司
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2020年7月8~10日 上海TCT展位E5-A14，歡迎各位業(yè)內同行咨詢交流。