國產(chǎn)金屬3D打印在線監(jiān)控系統(tǒng)來了！西空智造填補(bǔ)空白

南極熊導(dǎo)讀：終于，國產(chǎn)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(jī)直接生成一個(gè)完整零件。零件是好是壞，則需進(jìn)行工業(yè)CT等離線無損檢測(cè)方式判定，一旦出現(xiàn)問題則造成嚴(yán)重人力、物力以及時(shí)間的浪費(fèi)。

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

目前行業(yè)領(lǐng)先的增材制造設(shè)備廠家，均采用過程監(jiān)控技術(shù)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(nèi)做的廠商很少。

為了保障航空航天領(lǐng)域高附加值產(chǎn)品增材制造過程可追溯性，工藝可重復(fù)性和性能一致性。南極熊獲悉，2020年7月，西安空天機(jī)電智能制造有限公司（簡(jiǎn)稱西空智造）正式推出了一款國產(chǎn)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(duì)激光粉末床熔融工藝的兩個(gè)關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，即鋪粉過程和熔池。

• 粉末床監(jiān)控模塊，可以實(shí)現(xiàn)鋪粉狀態(tài)的在線識(shí)別，打印精度的實(shí)時(shí)分析以及零件打印結(jié)果的三維重構(gòu)；不僅可用于質(zhì)量監(jiān)測(cè)，還可兼容適應(yīng)性加工以及零件嫁接。
• 熔池監(jiān)控模塊，一方面可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(xué)/動(dòng)力學(xué)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(chǔ)。
  

  

△工作臺(tái)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(jiǎn)介：鋪粉監(jiān)控模塊主要用于監(jiān)測(cè)激光粉末床熔融設(shè)備鋪粉狀態(tài)和打印后狀態(tài)監(jiān)測(cè)；識(shí)別鋪粉和打印過程中異�，F(xiàn)象，實(shí)時(shí)進(jìn)行閉環(huán)控制，保證成型質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，提高打印過程可控性，實(shí)現(xiàn)缺陷分析智能化。

△視頻：粉床加工

過程監(jiān)測(cè)：基于圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)時(shí)對(duì)鋪粉和打印過程的缺陷進(jìn)行標(biāo)記和分類，包括刮刀抖動(dòng)、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(duì)異常情況采取相應(yīng)的閉環(huán)控制措施，如再鋪粉、停機(jī)、工藝參數(shù)調(diào)整等，確保打印過程中鋪粉均勻性和穩(wěn)定性，提高打印質(zhì)量。

統(tǒng)計(jì)分析：過程歷時(shí)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(gòu)以及不同切片特征觀察及缺陷統(tǒng)計(jì)，零件3D模型分析報(bào)告。

用戶參與：實(shí)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(gè)性化定制。

熔池在線監(jiān)控模塊

簡(jiǎn)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(cè)工具。實(shí)時(shí)記錄生產(chǎn)過程中熔池產(chǎn)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(píng)估的重要資源。在制造零部件時(shí)，可將生產(chǎn)過程中質(zhì)量信息完整記錄并標(biāo)識(shí)出生產(chǎn)過程中所存在的異常，作為質(zhì)量文件以供用戶參考。

過程監(jiān)測(cè)：基于信號(hào)和圖像處理算法，獲得高質(zhì)量的熔池輻射強(qiáng)度、熔池形貌等信息；實(shí)時(shí)解析獲取激光掃描X/Y位置；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光開關(guān)、激光功率等。實(shí)時(shí)對(duì)打印層缺陷進(jìn)行標(biāo)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(fù)雜，影響因素較多，整個(gè)過程有著非常高動(dòng)態(tài)特性，開發(fā)自動(dòng)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(jì)分析：精細(xì)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(jì)，零件3D模型分析報(bào)告。

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

典型應(yīng)用場(chǎng)景

三維模型可視化及缺陷重構(gòu)代替CT檢測(cè)

基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)三維模型，結(jié)合圖像處理算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)缺陷重構(gòu)，對(duì)缺陷位置、類型和形貌進(jìn)行標(biāo)記和分類，代替昂貴的CT檢測(cè)結(jié)果。

△視頻：歷史查看和3D重構(gòu)

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(jìn)提供解決方案和思路。

△工藝參數(shù)-熔池狀態(tài)-信號(hào)特征映射關(guān)系分析

缺陷識(shí)別與反饋

建立3D打印過程的閉環(huán)控制，實(shí)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(shí)別

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

公司名稱：西安空天機(jī)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(nèi)同行咨詢交流。