電子束粉末床增材制造成形過程的實(shí)時(shí)可視監(jiān)控方法

1、電子束粉末床增材制造成形過程的實(shí)時(shí)可視監(jiān)控方法綜述1 .增材制造（AM簡(jiǎn)介增材制造是材料成形沉積工藝， 其逐步地將材料添加到基質(zhì)上。 進(jìn)料的材料可以是固體、 液體或兩者的混合物， 當(dāng)進(jìn)料到達(dá)基底后與基底熔合在一起。 激光增材制造是一種自由形式的制造技術(shù)， 其將粉末式的材料沉積到由激光源產(chǎn)生的熔池中。 盡管在制造方面提供了很大的靈活性， 但由增材制造加工出的樣品的機(jī)械性能比鍛造樣品的要低。這種性能上的差異歸因于缺陷和其分級(jí)的微結(jié)構(gòu)成形，因此消除缺陷是很重要的。這些缺陷中的大多數(shù)是層間缺乏熔合和工藝導(dǎo)致的孔隙， 這兩個(gè)缺陷都與熔池和軌道幾何形狀密切相關(guān)。 因此， 能將軌道幾何形狀寫成工藝參數(shù)的函數(shù)

2、進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)是很重要的。 熔池和軌道幾何形狀與粉末流動(dòng)特性密切相關(guān)，因?yàn)槠錄Q定了加工的效率。2 . 激光增材制造的粉末輸送方式用于激光增材制造的粉末輸送可以通過使用同軸噴嘴（MD用勺DM3D-POM器）或離軸工藝（例如LENSC藝中存在的工藝）來實(shí)現(xiàn)。離軸系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它可以減少粉末熔化和對(duì)噴嘴的粘附，但卻有 “山上覆層”現(xiàn)象發(fā)生。這種沉積技術(shù)，當(dāng)從基板移動(dòng)的一側(cè)施加粉末時(shí)，粉末從側(cè)面（即，軸外）沉積，導(dǎo)致“抗山狀況”包覆。與激光束同軸地傳送粉末可以解決這個(gè)問題，因?yàn)樵诖怪庇诩す馐钠矫嬷械幕走\(yùn)動(dòng)的所有方向都是等效的。在該方法中使用但未被覆蓋在噴嘴裝置中的其它處理氣體是覆蓋氣體， 其用

3、于將粉末從料斗推入遞送系統(tǒng)。 在粉末顆粒離開噴嘴之后， 它們通過重力的作用和用于推動(dòng)粉末的氣體的動(dòng)量被吸引到熔池中。 因此， 已經(jīng)報(bào)道了工藝氣體在粉末錐體的形狀和粉末速度中起主要作用并不奇怪。 最廣泛研究的工藝氣體是載氣和成形氣體。據(jù)研究，較高的載氣速度會(huì)增加粉末的運(yùn)動(dòng)速度并產(chǎn)生更平滑的構(gòu)造。然而， 粉末流中的變化對(duì)構(gòu)建質(zhì)量的影響尚未很好地被理解。 粉末流的形狀（由工藝氣體流速和速度控制） 和熔池的尺寸 （由能量密度控制） 是確定效率和沉積質(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù)。 因此， 旨在理解過程性質(zhì)的任何研究都需要考慮上述所有工藝參數(shù)的綜合作用并且作為工藝參數(shù)的函數(shù)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)沉積物的質(zhì)量。 據(jù) 報(bào)道，在與基

4、底碰撞的點(diǎn)處粉末流的直徑越小，粉末收集效率越大。3 . AM缺陷的來源如前所述，在所有AMFB件中發(fā)生的主要缺陷是孔隙和熔合不充分，缺乏熔合主要是因?yàn)橹暗囊粚記]有熔化。這種不完全熔化是激光功率不足所導(dǎo)致的，而孔隙的形成關(guān)系著零件表面的粗糙度。 在相鄰軌道彼此沒有相互潤(rùn)濕的情況下，構(gòu)件的表面粗糙度會(huì)增加， 在隨后的沉積階段， 液態(tài)金屬不能填充滿所形成的空腔中， 從而形成殘留孔隙。 其余的空隙可能是由氣體被困入金屬造成的。 而人們關(guān)心的金屬增材制造過程中的大多數(shù)缺陷的尺寸范圍在10-100仙m4 . AM技術(shù)的發(fā)展瓶頸（急需解決的問題）用增材制造（AM加工的零件缺乏質(zhì)量保證是阻止制造商使用AM技

5、術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)障礙，特別是在那些不允許部件出現(xiàn)故障的高價(jià)值應(yīng)用中。由于AM工藝 和材料的發(fā)展，以及對(duì)底層設(shè)計(jì)理念的深入理解，增材制造（ AM技術(shù)近年來迅 速成熟。這些發(fā)展的結(jié)果就是，在許多制造部門的工業(yè)家已經(jīng)開始進(jìn)行 AM的商 業(yè)開發(fā)。雖然現(xiàn)在的AM機(jī)床同早期的版本相比已有了很大的提升，但研究者發(fā)現(xiàn)的 一些問題（孔隙率，開裂，熱管理問題，材料供應(yīng)問題）仍然存在。這主要?dú)w因 于缺乏用于管理機(jī)器操作的過程監(jiān)控和閉環(huán)控制算法。大型制造商使用故障模式和效應(yīng)分析 （FMEA工具來確保制造空間內(nèi)的各個(gè) 方面都受到控制。為了更好的對(duì)過程進(jìn)行了解，必須要進(jìn)過程數(shù)據(jù)的捕捉和分析。 傳統(tǒng)機(jī)床的加工過程和狀況檢測(cè)取決

6、于力、 位移和聲學(xué)感測(cè)。在這里收集的數(shù)據(jù) 通常被實(shí)時(shí)處理成影響加工策略中的“即時(shí)”響應(yīng)。為了在AM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)相同的功能，需要新的傳感器系列（或重新利用現(xiàn)有的傳感器技術(shù)） 和將這些傳感器 集成在一個(gè)附加工具上的手段。一些研究人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到AMM造增加的設(shè)計(jì)復(fù)雜性需要對(duì)零件內(nèi)部幾何形 狀進(jìn)行無(wú)損探傷，在層與層間邊界會(huì)普遍存在由于缺乏融合而生成的孔隙。為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和材料不連續(xù)性的檢測(cè)，原位數(shù)據(jù)采集被認(rèn)為是實(shí)施的主要障礙。 表2所示為目前從AM機(jī)器制造商處獲得的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和閉環(huán)反饋模塊的總覽。5 .粉末床熔合（PBFF1 .激光粉末床熔合（PBF粉末床火S合（PBFF包括利用激光或電子束能量源熔合兩

7、種工藝。這兩種技 術(shù)在操作上本質(zhì)是相似的，重復(fù)的在搭建的平臺(tái)上撒下一層粉末然后用熔融并于 前一層熔合,在平臺(tái)下降之前一直重復(fù)這個(gè)過程。 不同的能量源需要不同的氣體 環(huán)境。對(duì)于激光系統(tǒng)，需要惰性氣體，通常是氮?dú)饣虻獨(dú)?。在惰性氣體環(huán)境內(nèi)根 據(jù)CAD真型用激光束選擇性的燒結(jié)從而加工出零件。隨后，基材板會(huì)降低一層的厚度，在上面再堆積金屬粉末，然后這一層的粉末又被選擇性的燒結(jié)然后與之前 的一層融合在一起。每一層的掃描方向都交替進(jìn)行，以便于防止某一層的缺陷擴(kuò) 大在選擇性激光燒結(jié)加工過程中，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，比如粉末供應(yīng)不充分， 像不完全熔化、空洞等內(nèi)部缺陷，甚至發(fā)生局部變形。為防止這些缺陷發(fā)生而建 立

8、的閉環(huán)工藝控制模型要做的第一步就是開發(fā)一個(gè)工藝檢測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)要能夠觀察熔池并分辨出時(shí)間和空間的動(dòng)態(tài)變化， 從而在缺陷發(fā)生時(shí)就可以檢測(cè)出來2 .電子束能量源熔合由于電子的平均自由程非常短，電子束工藝需要接近真空的環(huán)境；它另外的 好處是沒有氧氣引起氧化。在熔化期間，引入約10X10 -2毫巴的氮?dú)夥謮海⒁龑?dǎo)到構(gòu)造區(qū)域，以便增強(qiáng)熱傳遞和冷卻部件。而過度熔化會(huì)導(dǎo)致熔池內(nèi)的湍流 增加和過度蒸發(fā)，導(dǎo)致在塊狀材料內(nèi)形成氣孔。Tammas-Williams et al.通過電子束-PBF和使用的X射線計(jì)算斷層圖像技術(shù)（XCT建立了 TI6A14V結(jié)構(gòu)，以顯 示空隙的形成，并使其和使用的處理參數(shù)直接對(duì)應(yīng)。

9、類似地，Antonysamy等人 研 究了用電子束-PBF產(chǎn)生的Ti6A14V部件的晶粒結(jié)構(gòu)和織構(gòu)形成，并且得出結(jié)論， 與材料相比，表面掃描（作為掃描策略的一部分）產(chǎn)生明顯不同的晶粒結(jié)構(gòu)，這 也會(huì)導(dǎo)致上述類型材料的不連續(xù)的形成。表3所示為上面討論的材料不連續(xù)性的 總結(jié)就目前技術(shù)而言，一般采用攝像機(jī)或光電晶體管在線檢測(cè)熔池的形貌。但是, 使用這些設(shè)備的難點(diǎn)問題是激光熔覆過程中熔池圖像容易受到粉末流、 等離子體 等的污染。6 .粉末床熔合的無(wú)損傷原位監(jiān)測(cè)方法1 .使用IR(紅外)相機(jī)的非接觸式熱測(cè)量方法已經(jīng)探索了許多用于激光PBF和電子束PBF的無(wú)損傷原位監(jiān)測(cè)方法，常見的 是熱成像和視覺監(jiān)測(cè)方法，

10、但一些更新的測(cè)試技術(shù)也在研究中。使用紅外(IR)相機(jī)提供了替代的非接觸式熱測(cè)量， 具有更大的捕獲速率和 更高的精度。Krauss等人已經(jīng)使用IR相機(jī)探討在激光PBF處理過程中由于散熱 不足引起的孔隙和其他不規(guī)則性的檢測(cè)。這些通過觀察EOSINTM270粉末床的溫 度分布來進(jìn)行，使用IR照相機(jī)在長(zhǎng)波紅外(LWIR波長(zhǎng)帶和50Hz采樣頻率來處 理Inconel 718 。將未冷卻的微測(cè)輻射熱計(jì)檢測(cè)器 Infratec Variocam hr 頭安 裝在與構(gòu)建平臺(tái)成45°角的位置，放在機(jī)器窗口的錯(cuò)屏蔽玻璃之外,如圖4(a) 所示。這種布置允許視場(chǎng)范圍為160m/120mm大約占整個(gè)搭建平臺(tái)

11、的30%由 于可達(dá)性限制，檢查設(shè)備不能設(shè)置在建造室內(nèi)。一該研究旨在確定在構(gòu)建過程中由 工藝參數(shù)變化或隨機(jī)過程誤差引起的偏差，以及零件內(nèi)部空腔和人為瑕疵的檢測(cè)。結(jié)論是，只要在大于20ms的時(shí)間尺度處發(fā)生偏差，就可以通過將不同的測(cè)量值 與預(yù)定的參考值進(jìn)行比較來檢測(cè)它們， 可以檢測(cè)到低至100乩m(xù)的材料不連續(xù)性。 具有人工缺陷的樣品中的熱影響區(qū)的示例熱分析圖如圖4 (b)所示。這種外部安裝的固定攝像機(jī)方法雖然不需要對(duì)構(gòu)建區(qū)域進(jìn)行額外的照明但卻不允許在整 個(gè)構(gòu)建區(qū)域上進(jìn)行檢查。安裝屏蔽玻璃以保護(hù)照相機(jī)在激光加工期間免受光學(xué)損 傷，并且設(shè)備從外部安裝，消除了對(duì)光學(xué)器件清潔的顧慮。值得注意的是，如果 在A

12、M機(jī)器中集成IR系統(tǒng)，就需要保護(hù)相機(jī)免受產(chǎn)生的大量灰塵或煙霧，這些會(huì)污染IR設(shè)備并使其不精確。2 .高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)高速攝像機(jī)已經(jīng)用于熔池監(jiān)測(cè)，但是它們也可以用于檢測(cè)粉末床水平上的誤 差和材料的不連續(xù)性?？梢员O(jiān)測(cè)粉末床上由于零件件的卷曲而造成的不平，因?yàn)椴牧贤蛊鸬膮^(qū)域會(huì)損壞或磨損涂覆刀片，從而中斷粉末層的隨后分布。如圖5(a) 所示，相機(jī)與粉末床偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度安裝，并使用簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)算法消除透視失真。 需要多個(gè)光源來提供平行于重涂器并垂直于構(gòu)建平臺(tái)的照明。在加工之前可以檢測(cè)功率分布的不足，從而在任何材料產(chǎn)生不連續(xù)之前校正粉末供應(yīng)。圖 5 (b) 示出了由損壞的修復(fù)刀片在粉末床中引起的缺陷的示例圖像3

13、 . CCD&相機(jī)系統(tǒng)如圖6所示，SVCam-hr29050 SVS-VISTEKI色CCD&相機(jī)系統(tǒng)通過觀察窗 聚焦，并運(yùn)行Hartblei Macro 4/120 TS超級(jí)旋轉(zhuǎn)器以減少構(gòu)建平面的透視失真。 獲得130mme 114mm勺視野,覆蓋用于本研究的小構(gòu)造平臺(tái)，增加視場(chǎng)以監(jiān)視整 個(gè)250mrK 250mm勾建平臺(tái)會(huì)導(dǎo)致空間分辨率的降低。在500mmt獲得在白色背景上相隔40卜m的兩條40卜m黑色線的分辨率。使 用在機(jī)器背面上的啞光反射器和涂覆器葉片的漫射照明來避免相機(jī)CCD 專感器的飽和。對(duì)于每一層，獲取兩個(gè)圖像：一個(gè)在粉末沉積之后，另一個(gè)在熔融之后。 在圖像中可以

14、觀察到粉末床中的空隙，粉末降解(通過比較)以及發(fā)生無(wú)支撐結(jié)構(gòu)卷曲的區(qū)域；這些升高的區(qū)域可以被識(shí)別出來，如圖 7 (a),詳細(xì)圖像如圖7 (b)o隨后，開發(fā)了處理軟件以識(shí)別粉末床的凸出區(qū)域。為了加快識(shí)別過程和減少計(jì)算負(fù)荷，輸入CAD真型來創(chuàng)建用于分析零件周圍的區(qū)域。4 . SLM選擇性激光燒結(jié))缺陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的檢測(cè)器可以分為兩種：空間積分（如光電二極管）、空間分辨（CCD 相機(jī)和CMOS!機(jī)）。但是這些方法提供的關(guān)于材料表面的結(jié)構(gòu)信息非常有限。 因 此要求圖像傳感器與相互作用區(qū)域與其鄰近區(qū)域的照明結(jié)合起來， 從而來捕獲表 面結(jié)構(gòu)和熔池的形狀。激光材料加工的同軸控制系統(tǒng)的例子有：激光釬焊、復(fù)合激

15、光電弧焊接、激 光焊接和切割。在激光釬焊過程中，焊條的位置和方向等工藝參數(shù)或者液相的尺 寸可以通過分析CMOS!機(jī)拍攝的圖像得到。止匕外，還可以對(duì)焊縫的凝固表面進(jìn) 行評(píng)估。對(duì)于復(fù)合激光電弧焊接，可以確定出熔池和固 -液相之間的邊界。在焊 縫缺陷剛發(fā)生時(shí)就可以被觀測(cè)出來。 激光焊接和切割加工過程中，激光加工探頭 與被加工件之間的相對(duì)移動(dòng)和熔池的幾何尺寸可以通過安裝的過程檢測(cè)系統(tǒng)獲 得。Kruth等人提出了一個(gè)可以檢測(cè)SLM過程來調(diào)節(jié)激光的功率，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)凸 出的問題。加工圖象記錄儀與兩個(gè)傳感器（CMOS!機(jī)和光電二極管）同軸布置。 通過CMOS!機(jī)得到的熔池尺寸關(guān)系與光電二極管的信號(hào)相結(jié)合，系統(tǒng)

16、可以根據(jù) 不同區(qū)域的導(dǎo)熱性（如凸出結(jié)構(gòu)）來調(diào)整激光的輸出功率。為了在高速掃描下得到高質(zhì)量的處理圖片，額外的照明設(shè)備是必須的。止匕外， 由固定相機(jī)可拍攝的圖片區(qū)域是有限的，因此將加工檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成同軸組裝結(jié) 構(gòu)。掃描時(shí)工藝檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 2所示，加工激光束通過分色鏡反射到 掃描設(shè)備上，掃描設(shè)備根據(jù)從CAD真型獲得的幾何數(shù)據(jù)將激光束偏轉(zhuǎn)。 最后，激 光束通過f- 8鏡片聚焦到加工區(qū)域。加工區(qū)域通過照明激光束照明。照明激光 束通過電子束分束器偏轉(zhuǎn)，并且通過分色鏡傳播。通過加工激光束可以實(shí)現(xiàn)定位 和聚焦。加工區(qū)域的圖像信息通過f- 8鏡片、掃描頭、分色鏡分光板在整個(gè)系 統(tǒng)中傳輸。裝配必須設(shè)計(jì)成

17、可以避免圖像不清晰并且確保圖像信息可以被高速相 機(jī)捕捉到總而言之，用于激光PBF的原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)工作集中于使用在線相機(jī)對(duì) 熔池進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合光電二極管和一些閉環(huán)控制熔體池溫度。不太復(fù)雜的離線系 統(tǒng)不需要機(jī)器集成，課進(jìn)一步用于研究熔池行為。目前，測(cè)微技術(shù)很流行、但是 有限的視野和數(shù)據(jù)捕獲速率限制了閉環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展。IR系統(tǒng)已經(jīng)顯示出對(duì)激光PBF處理的原位檢測(cè)的良好潛力，已經(jīng)進(jìn)行熔融池監(jiān)測(cè)以及諸如（人造）孔的材 料不連續(xù)性的檢測(cè)，但是尚未被集成到機(jī)器中（是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)）。盡管分析任務(wù)在很大程度上是手動(dòng)活動(dòng)，并且仍然要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋，使用高速照相機(jī)對(duì)更 寬的粉末床進(jìn)行成像已經(jīng)使得粉末床中由于重涂器

18、的損壞和過度加工導(dǎo)致部分 卷曲的區(qū)域出現(xiàn)缺陷。7 .原位工藝檢測(cè)面臨的難點(diǎn)及一些改進(jìn)方案1 .原位工藝檢測(cè)面臨的難點(diǎn)雖然激光和電子束-PBF工藝遵循大致相同的工藝步驟，但是不同的設(shè)備和 工藝條件為原位工藝檢測(cè)提出了許多挑戰(zhàn)。例如，（1） 用于在電子束-PBF處理期間偏轉(zhuǎn)電子束的電子磁性線圈禁止同軸布 置；（2）并且來自熔池的金屬的蒸發(fā)和冷凝會(huì)導(dǎo)致機(jī)器觀察窗的金屬化；（3）加工在真空中進(jìn)行，限制了檢查設(shè)備集成于機(jī)器內(nèi)部；（4）由于電子束能量源的快速，瞬態(tài)性質(zhì)，基于測(cè)溫的方法被認(rèn)為是不 適合的。2 .現(xiàn)有的一些改進(jìn)方案Schwerdtfeger 等人配備了 ArcamA2 電子束-PBF 系統(tǒng)和

19、FLIR Systems A320 紅外攝像機(jī),處理分辨率為 320 X 240像素。將相機(jī)與電子束槍一起以與粉末床 成15°的角度放置，用硒化鋅(ZnSe)窗口屏蔽以保護(hù)設(shè)備免于金屬化。在熔 化之后及在下面的粉末層被掃過之前快速拍照，將該圖像與研磨樣品的光學(xué)圖像進(jìn)行比較。IR圖像的分辨率是有限的，但是與發(fā)現(xiàn)的空隙相關(guān)-表明較高熱輻射的區(qū)域?qū)?yīng)于材料缺陷。通過隨后的銳化和改變圖像的對(duì)比度來提高圖像質(zhì)量。 盡管自動(dòng)化過程需要通過實(shí)施閉環(huán)系統(tǒng)從檢測(cè)到修復(fù)來進(jìn)行，這種視覺成像設(shè)置 可以了解隨著構(gòu)建的進(jìn)行缺陷將如何在層與層之間傳遞。Rodriguez等人將JR相機(jī)結(jié)合到Arcam電子束-PB

20、F機(jī)中，如圖8 (a)所示，以便分析每個(gè)構(gòu)層的表 面溫度分布。止匕外，此信息用于修改之后圖層的構(gòu)建設(shè)置。選擇 FLIR Systems SC645高分期率( 640X480像素)紅外攝像機(jī)集成到 ArcamA2中，其測(cè)量溫度范 圍可以達(dá)到2000C。安裝紅外攝像機(jī)需要進(jìn)行大量的機(jī)器改裝，包括用 ZnSe玻 璃代替以前的攝像機(jī)，安裝保護(hù)擋板，保護(hù) ZnSe窗口 ,以及安裝氣動(dòng)致動(dòng)器以 激活擋板?？梢杂檬謩?dòng)分析圖像，測(cè)量從表面發(fā)射的輻射、來自物體的輻射、來 自環(huán)境源的反射輻射和來自大氣的輻射，并將其轉(zhuǎn)換為相對(duì)溫度讀數(shù)。在加工期 間由“過度熔化”引起的材料不連續(xù)性可以從所產(chǎn)生的IR圖像中識(shí)別出來，如

21、圖8 (b)所示8 .其他的方法(1)中子射線照相使由LiF / ZnS閃爍體產(chǎn)生，將中子轉(zhuǎn)換成光，然后可以 由CCDf機(jī)檢測(cè)(2) LU (激光超聲波)使用激光來產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波，并且可以用于檢測(cè)材 料不連續(xù)性，用于材料表征和確定材料厚度。脈沖激光用于產(chǎn)生超聲波， 并且當(dāng)波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，用連續(xù)波激光干涉儀檢測(cè)小表面位移。LU是非 接觸式的，可用于彎曲或難以接近的區(qū)域，使其適用于AM(3)超聲波測(cè)試可以有效地檢測(cè)材料的缺陷，厚度，粒度，密度 /孔隙率和 機(jī)械性能，但是由于接觸超聲波不能在 500K以上工作，其使用僅限于 超聲波固結(jié)(U。的原位檢查，而且測(cè)量系統(tǒng)對(duì)表面光潔度和顆粒噪聲 高度敏感。

22、(4) X射線反向散射技術(shù)(XBT適用于檢查AM部件，因?yàn)樗灰资鼙砻娲?糙度的影響。由于X射線源和檢測(cè)器位于物體的同一側(cè)，因此可以容易 地對(duì)大結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試；實(shí)時(shí)成像允許遞歸掃描。采用XBT的突出挑戰(zhàn)包 括制定標(biāo)準(zhǔn)和程序，高掃描速度所需的大型設(shè)備以及定制 X射線源的有 限可用性(5)非直接的無(wú)損探傷方法：熱分析和光學(xué)分析，沒有原位和在線測(cè)量(用 于選擇性激光燒結(jié))，不能直接獲得缺陷的尺寸和特征?？梢曰趯?duì)熔 池的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析推斷缺陷的信息。在鍥基合金的零件制造中，使 用溫度記錄(由紅外攝像機(jī)檢測(cè)得到)用通過檢測(cè)冷卻速率而獲取的小 于100 n m的缺陷來對(duì)零件構(gòu)造進(jìn)行分析(6)直接檢測(cè)技術(shù)

23、研究零件原位的物理現(xiàn)象。選擇性激光燒結(jié)制造中，在搭 建平臺(tái)的下方安裝一個(gè)超聲波傳感器來對(duì)零件的構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)。這種檢測(cè)方法提供的缺陷的尺寸和位置信息很有限，只提供在加工過程中所檢 測(cè)出的缺陷所在的層數(shù)。關(guān)于選擇性激光燒結(jié)的光學(xué)斷層成像檢測(cè)技術(shù)(OCT的研究表明用表面和表面下的信息來實(shí)現(xiàn)工藝檢測(cè)是可行的。波長(zhǎng)低至9仙m的表面缺陷和粗糙度都可以被分辨出來，燒結(jié)材料表面 之下低至200 pm處的材料松動(dòng)也可以被檢測(cè)到。 尺寸大于100仙m的表 面缺陷可以被檢測(cè)到(7)非直接非原位零件檢測(cè)技術(shù)：X射線計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)(XCT。用XCT支 術(shù)對(duì)電子束粉末融床樣品的分析表明，其可以檢測(cè)出120pm以上的缺陷8

24、. AM質(zhì)量控制未來發(fā)展方向(主要突破點(diǎn))(1)基于視覺和熱計(jì)量解決方案在某種程度上解決了 AM的質(zhì)量控制問題， 但是具體需要的是在相對(duì)大的區(qū)域(高達(dá)幾平方厘米)上將 3D結(jié)構(gòu)以較高的空 間分辨率表征出來的能力。(2) AMW量任務(wù)越來越受物體面的光學(xué)基本原理限制，例如：空間分辨率 和視場(chǎng)之間的平衡；由于運(yùn)動(dòng)模糊導(dǎo)致的有效空間分辨率的損失；整個(gè)檢查區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)的動(dòng)態(tài)范圍。這些限制意味著整個(gè)表面的更快的 “強(qiáng)力”測(cè)量對(duì)數(shù)據(jù) 管理和分析提出了巨大挑戰(zhàn)。(3) AM計(jì)量挑戰(zhàn)的一個(gè)潛在解決方案是使用混合儀器，用相對(duì)低分辨率的 傳感器(例如,基于相機(jī)的傳感器)檢測(cè)需要的區(qū)域，然后使用局部化的高分辨 率

25、傳感器來“感應(yīng)”這片區(qū)域。在一些情況下,低分辨率傳感器可以使用檢測(cè)從 感興趣點(diǎn)(如劃痕)的散射光的方法，因此允許高分辨率檢測(cè)而不需要成像。最 后，需要開發(fā)用于處理當(dāng)在相對(duì)大的區(qū)域上測(cè)量到高分辨率圖像時(shí)將產(chǎn)生的潛在 非常大的數(shù)據(jù)集的方法。(4)為了減小材料的不連續(xù)性而采用的對(duì)材料參數(shù)的實(shí)時(shí)識(shí)別和閉環(huán)控制 受限于差的空間分辨率，觀察區(qū)域的有限性，高時(shí)間負(fù)荷(5)要處理的數(shù)據(jù)太過于龐大。電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)缺陷：基于 SEBM?£形原理，如果成形工藝控制不 當(dāng)，成形過程中容易出現(xiàn)“吹粉”和“球化”等現(xiàn)象，并且成形零件會(huì)存在分層、 變形、開裂、氣孔和熔合不良等缺陷。1. Ralph B.

26、Dinwiddie, Ryan R. Dehoff, Peter D. Lloyd, Larry E. Lowe and Joe B. Ulrich. Thermographic In-Situ Process Monitoring of the Electron Beam Melting Technology used in Additive Manufacturing(1)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用ARCAW子束熔化技術(shù)，采用增材制造的方式直接由 金屬粉末加工具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的零件。 盡管已經(jīng)證實(shí)這項(xiàng)技術(shù)可以減少 花費(fèi)、減少加工間隔時(shí)間、能夠加工出采用傳統(tǒng)加工技術(shù)不能加工出來的 有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的零件，要保證零件的質(zhì)量卻有很大的挑戰(zhàn)。由于加工過 程是材料一層一層依次沉積而成，可以在不損壞零件的前提下對(duì)每一層進(jìn) 行檢測(cè)。由熔池里的金屬蒸發(fā)和凝結(jié)而在零件內(nèi)表面形成敷金屬給現(xiàn)場(chǎng)過 程監(jiān)控帶來了很大的困難。本研究提出了一個(gè)解決在電子束融化制造過程 中對(duì)加工室內(nèi)的情況連續(xù)成像的辦法。這里使用了一個(gè)不斷移動(dòng)的聚酯亞 胺薄膜膠卷盒。結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)過程監(jiān)控技術(shù)及其對(duì)機(jī)械性能和加工可靠性的 提高有關(guān)。(2)本文描述了 一種溫度記錄圖的方式來對(duì)電子束融化加工進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。 電子束融化加工技術(shù)是由瑞典的 ARCA吠司提出的，整個(gè)加工過程在為加 熱的真空室(也稱作構(gòu)建室)里進(jìn)行，如