Phase3D 推出適用于冷噴涂增材制造和LPBF的新型現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)測工具

2025年4月12日，南極熊獲悉，總部位于芝加哥的 3D 打印質(zhì)量保證軟件開發(fā)商Phase3D推出了一種新的檢測系統(tǒng)，旨在提高冷噴涂增材制造(CSAM) 中的質(zhì)量監(jiān)測 (QA)能力。

新型QA系統(tǒng)名為“邊緣檢測：冷噴涂（FringeInspection: Cold Spray）”，由美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）提供125萬美元資助，利用結(jié)構(gòu)光在噴涂過程中實(shí)時(shí)捕捉表面數(shù)據(jù)。這套系統(tǒng)在代頓大學(xué)研究所（UDRI）進(jìn)行了測試，隨后在埃爾斯沃思空軍基地的作戰(zhàn)環(huán)境中進(jìn)行了驗(yàn)證。

由于材料沉積工藝的特性，CSAM 長期以來在保持質(zhì)量一致性方面一直面臨挑戰(zhàn)。Phase3D 的系統(tǒng)通過提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來解決這些挑戰(zhàn)，這些數(shù)據(jù)可以立即識(shí)別表面缺陷，例如開裂、凹坑和點(diǎn)蝕。QA系統(tǒng)還可用于評(píng)估沉積表面的平整度和整體形狀，為技術(shù)人員提供動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)的機(jī)會(huì)，從而減少材料浪費(fèi)并提高效率。

Phase3D創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官NiallO'Dowd表示：“項(xiàng)目的成功完成凸顯了實(shí)時(shí)檢測在增材制造中的重要性。埃爾斯沃思空軍基地的部署證明了結(jié)構(gòu)光檢測將徹底改變冷噴涂應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)不僅能確保更高質(zhì)量的維修，還能為空軍節(jié)省大量成本和時(shí)間�！�

△邊緣檢測：冷噴涂系統(tǒng)連接到機(jī)械臂，并在打印過程中掃描冷噴涂沉積物。圖片來自 Phase3D

通過實(shí)際測試驗(yàn)證

邊緣檢測：冷噴涂硬件安裝在機(jī)械臂上，可收集數(shù)百萬個(gè)與涂層厚度、粗糙度和形狀相關(guān)的測量點(diǎn)。Phase3D 開發(fā)并部署了硬件及配套軟件套件 Fringe Operator，套件可用于解讀檢測數(shù)據(jù)并記錄特定部件的質(zhì)量指標(biāo)。

研究團(tuán)隊(duì)與空軍工程師合作，利用以氦氣和氮?dú)庾鳛檩d氣的冷噴涂樣品，建立了以數(shù)據(jù)為依據(jù)的可接受和不可接受沉積質(zhì)量基準(zhǔn)。這些示例為創(chuàng)建合格/不合格閾值系統(tǒng)提供了參考，系統(tǒng)用于在制造過程中評(píng)估零件的質(zhì)量。

為了驗(yàn)證QA方法，Phase3D 使用制定的質(zhì)量閾值進(jìn)行了盲測。通過構(gòu)建過程中收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)組件進(jìn)行評(píng)估，并識(shí)別和分類了諸如噴涂模式不均勻和表面不連續(xù)等缺陷。測試樣品的成功分類進(jìn)一步證實(shí)了質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)在冷噴涂環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場檢測的實(shí)用性。項(xiàng)目是在STTR第二階段提案F2-16465（吹塑粉末增材制造現(xiàn)場監(jiān)測）合同下進(jìn)行的。

另一個(gè)案例研究涉及在EOS M270機(jī)器上的激光粉末床熔合 (LPBF) 3D 打印組件，進(jìn)一步證明了邊緣檢測技術(shù)的實(shí)際優(yōu)勢。

一家未公開的航空航天制造商面臨由不一致的孔隙率和內(nèi)部幾何形狀引起的零件故障，其原因是涂覆刀片上的粉末堆積間歇性地掉落到構(gòu)建表面上，技術(shù)人員懷疑存在這個(gè)問題，但無法使用標(biāo)準(zhǔn)成像工具進(jìn)行確認(rèn)。在機(jī)器上安裝 Fringe Inspection 系統(tǒng)后，問題立即通過高分辨率高度圖顯現(xiàn)出來。系統(tǒng)檢測到落入熔池的粉末滴高達(dá) 200 µm，是正常層厚的四倍。

這一發(fā)現(xiàn)促成了一個(gè)簡單的解決方案：在刮刀的初始位置添加一個(gè)固定刀片，以防止粉末堆積。實(shí)施后，與粉末相關(guān)的成型故障完全停止，每年減少 63,000 美元的損失，降幅超過 90%，這還不包括間接工程和故障排除成本。

繼這些成功實(shí)施之后，Phase3D 計(jì)劃將其結(jié)構(gòu)光檢測系統(tǒng)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到冷噴涂之外。該公司目前正在與美國國防部(DoD) 和私營部門合作伙伴合作，探索更多用例，并支持在增材制造領(lǐng)域更廣泛地采用實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控。以上案例研究基于已報(bào)告的調(diào)查結(jié)果，并代表了一系列真實(shí)事件。未使用任何機(jī)密數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均已重建，以保護(hù)客戶隱私。

△條紋檢測輸出的質(zhì)量圖表，用于識(shí)別過程中何時(shí)出現(xiàn)失控情況。在條紋鑒定中可視化。圖片來自 Phase3D。

3D打印的質(zhì)量監(jiān)測

現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)測對(duì)于航空航天等標(biāo)準(zhǔn)很高的行業(yè)至關(guān)重要，促使許多增材制造公司開發(fā)自己的新穎解決方案。

例如，西門子能源與風(fēng)險(xiǎn)管理公司DNV合作，將西門子的AM Cockpit與DNV的獨(dú)立質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)（IQM）集成，開發(fā)了一個(gè)新的工業(yè)質(zhì)量保證平臺(tái)。該平臺(tái)支持實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)字驗(yàn)證以及3D打印部件與已批準(zhǔn)模型的比較。

它提供自動(dòng)化認(rèn)證，旨在支持零缺陷制造，尤其是在粉末床熔合工藝中。系統(tǒng)由歐盟資助的InterQ項(xiàng)目開發(fā)，旨在增強(qiáng)能源等關(guān)鍵行業(yè)對(duì)增材制造 (AM) 的信心。西門子重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了其在燃?xì)廨啓C(jī)使用氫氣等低碳燃料方面發(fā)揮的作用。

在 Formnext 2022 展會(huì)期間，MakerVerse和蔡司通過整合蔡司的專業(yè)計(jì)量解決方案，在 MakerVerse 平臺(tái)上推出了增強(qiáng)的質(zhì)量保證工具。這些新增功能包括觸覺坐標(biāo)測量機(jī) (TCM)、光學(xué) 3D 掃描、工業(yè)CT 和 X 射線功能以及表面粗糙度測量。MakerVerse首席執(zhí)行官 Markus Seibold 博士強(qiáng)調(diào)，此次合作“對(duì)于需要為增材制造部件提供工業(yè)級(jí)質(zhì)量檢測和報(bào)告的客戶來說，是完美的解決方案�！�