Sigma Labs和Materialise開發(fā)新平臺，實(shí)現(xiàn)金屬3D打印的實(shí)時糾錯

導(dǎo)讀：金屬3D打印部件的成型需要經(jīng)過復(fù)雜的物理冶金過程，而現(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，這一點(diǎn)極大限制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)。所以，有效、可靠的質(zhì)量保證和過程監(jiān)控是增材制造用戶最重要也是最迫切的需求。

2022年1月27日，南極熊獲悉，質(zhì)保軟件開發(fā)商Sigma Labs與3D打印服務(wù)提供商Materialise（瑪瑞斯）合作開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，可以在金屬增材制造過程中實(shí)時糾正錯誤。

這項(xiàng)技術(shù)有效地結(jié)合了Sigma Labs的PrintRite3D系統(tǒng)和Materialise的控制平臺，其獨(dú)特之處在于它允許用戶識別并解決合金粉末熔合時出現(xiàn)的問題。Materialise稱新平臺是金屬3D打印的一個突破，它現(xiàn)在可以讓使用者提高其工作流程的一致性和可擴(kuò)展性。

Materialise首席技術(shù)官Bartvan der Schueren解釋說："該平臺是開放和靈活的，允許制造商控制他們的具體流程，以適應(yīng)個性化的應(yīng)用。這使得客戶可以充方發(fā)揮他們的專業(yè)知識，并真正利用AM提供的定制和本地化的優(yōu)勢。我們開發(fā)的平臺消除了使用金屬增材制造進(jìn)行批量生產(chǎn)的制造商最常見的路障之一。"

△新平臺基本上融合了Materialise的控制平臺和Sigma實(shí)驗(yàn)室的PrintRite3D系統(tǒng)。圖片來自Materialise。

Sigma實(shí)驗(yàn)室的QA專長

雖然Materialise在軟件、制造和咨詢方面都有涉足，但Sigma Labs只專注于生產(chǎn)中的質(zhì)量保證。該公司憑借其主打產(chǎn)品PrintRite3D，銷售由軟件和硬件跟蹤模塊組成的解決方案，利用實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)零件缺陷，然后部署機(jī)器學(xué)習(xí)來映射其根本原因。

PrintRite3D系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與平臺無關(guān)，既可以作為現(xiàn)有機(jī)器的改造安裝，也可以作為打印機(jī)制造商的工廠選項(xiàng)。然而，盡管這款主要產(chǎn)品具有廣泛的兼容性和零件缺陷分析優(yōu)勢，Sigma Labs的利潤仍然很低，因此它繼續(xù)尋求新的采用者和匹配更廣泛的3D打印市場的途徑。

例如，去年3月，該公司就曾獲得洛克希德-馬丁公司的合同，其技術(shù)被評估為可應(yīng)用于各種國防和民用空間項(xiàng)目。在研發(fā)方面，它已經(jīng)使PrintRite3D與聚合物兼容，此舉有效地?cái)U(kuò)大了該系統(tǒng)的應(yīng)用。

如今，在Sigma實(shí)驗(yàn)室和Materialise的新平臺揭幕后，該公司的首席執(zhí)行官M(fèi)ark Ruport表示，這兩家企業(yè)今后可以繼續(xù)合作，擴(kuò)大金屬3D打印的可擴(kuò)展性和吸引力。

Ruport補(bǔ)充說："我們相信Materialise控制平臺與Sigma的實(shí)時熔池監(jiān)測和分析軟件的結(jié)合，已經(jīng)在AM行業(yè)創(chuàng)造了一個重大突破。我期待著未來的合作機(jī)會，并找到繼續(xù)提高3D金屬打印質(zhì)量和一致性的方法，因?yàn)槲磥韼啄暧懈�多的公司投入生產(chǎn)。"

△洛克希德-馬丁公司的商業(yè)衛(wèi)星在太空中，Sigma實(shí)驗(yàn)室在2021年3月被洛克希德-馬丁公司授予其PrintRite3D平臺的合同。圖片來自洛克希德-馬丁公司。

金屬3D打印上的突破

為了創(chuàng)建他們的新監(jiān)測系統(tǒng)，Sigma實(shí)驗(yàn)室和Materialise將各自的PrintRite3D軟件和控制平臺硬件技術(shù)合并在一起。后者的主要組成部分基本上是一個插件，用戶可以將其嵌入基于激光的機(jī)器中，作為獲得增強(qiáng)的打印參數(shù)控制的一種手段。

在常規(guī)情況下，該技術(shù)允許采用者訪問超過250個設(shè)置，以確定理想的生產(chǎn)設(shè)置，而其架構(gòu)是為了與多達(dá)16個激光器的多光學(xué)系統(tǒng)一起工作。據(jù)稱，Materialise的平臺與所有PBF和SLM系統(tǒng)兼容，還包括一個自動校準(zhǔn)工具API，旨在讓用戶輕松實(shí)現(xiàn)制造效率最大化。

通過將該平臺與Sigma實(shí)驗(yàn)室的PrintRite3D技術(shù)相結(jié)合，這兩家公司已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以準(zhǔn)確定位潛在的質(zhì)量問題，并在打印件被破壞得無法恢復(fù)之前進(jìn)行干預(yù)，以糾正這些問題。Materialise表示，通過這樣做，這兩家公司已經(jīng)想出了一種提高金屬3D打印的生產(chǎn)力和效率的方法，使采用者能夠擴(kuò)展到批量生產(chǎn)。

更重要的是，該公司認(rèn)為新平臺還有可能解決 建造后檢查和質(zhì)量保證的需要，這可能使金屬3D打印比許多傳統(tǒng)技術(shù)更昂貴，特別是考慮到它既可以安裝在新機(jī)器上，也可以用來改善現(xiàn)有系統(tǒng)的打印質(zhì)量。

△研究員ChaseJoslin使用ORNL開發(fā)的'Peregrine'3D打印監(jiān)控軟件。照片來自Luke Scime/ORNL。

實(shí)時金屬打印監(jiān)測

盡管在過去幾年中已經(jīng)開發(fā)了一些實(shí)時金屬3D打印監(jiān)測解決方案，但這些方案在很大程度上仍是實(shí)驗(yàn)性的，并沒有在商業(yè)環(huán)境中應(yīng)用。去年年底，勞倫斯-利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的一個團(tuán)隊(duì)想出了一個新穎的基于高速攝像的方法來優(yōu)化金屬材料的噴射過程。

當(dāng)涉及到監(jiān)測基于粉末的系統(tǒng)時，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員也開發(fā)了一個基于人工智能的實(shí)時跟蹤軟件。該算法被稱為 "Peregrine"，旨在評估生產(chǎn)過程中的零件質(zhì)量，并作為昂貴的實(shí)驗(yàn)室表征設(shè)備的一個潛在的成本效益替代。

在此之前，類似的技術(shù)也吸引了軍方的支持，德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校的金屬3D打印項(xiàng)目獲得了美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的資助，最近，Senvol的機(jī)器學(xué)習(xí)軟件獲得了美國國防部的新投資，以擴(kuò)大其'ML'平臺的增材制造材料和工藝鑒定能力。