Phase3D 推出適用于冷噴涂增材制造和LPBF的新型現(xiàn)場質量監(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）”，由美國空軍研究實驗室（AFRL）提供125萬美元資助，利用結構光在噴涂過程中實時捕捉表面數據。這套系統(tǒng)在代頓大學研究所（UDRI）進行了測試，隨后在埃爾斯沃思空軍基地的作戰(zhàn)環(huán)境中進行了驗證。

由于材料沉積工藝的特性，CSAM 長期以來在保持質量一致性方面一直面臨挑戰(zhàn)。Phase3D 的系統(tǒng)通過提供實時數據來解決這些挑戰(zhàn)，這些數據可以立即識別表面缺陷，例如開裂、凹坑和點蝕。QA系統(tǒng)還可用于評估沉積表面的平整度和整體形狀，為技術人員提供動態(tài)調整工藝參數的機會，從而減少材料浪費并提高效率。

Phase3D創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官NiallO'Dowd表示：“項目的成功完成凸顯了實時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構光檢測將徹底改變冷噴涂應用。這項技術不僅能確保更高質量的維修，還能為空軍節(jié)省大量成本和時間�！�

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

通過實際測試驗證

邊緣檢測：冷噴涂硬件安裝在機械臂上，可收集數百萬個與涂層厚度、粗糙度和形狀相關的測量點。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據并記錄特定部件的質量指標。

研究團隊與空軍工程師合作，利用以氦氣和氮氣作為載氣的冷噴涂樣品，建立了以數據為依據的可接受和不可接受沉積質量基準。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估零件的質量。

為了驗證QA方法，Phase3D 使用制定的質量閾值進行了盲測。通過構建過程中收集的實時數據對組件進行評估，并識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一步證實了質量監(jiān)測系統(tǒng)在冷噴涂環(huán)境中進行現(xiàn)場檢測的實用性。項目是在STTR第二階段提案F2-16465（吹塑粉末增材制造現(xiàn)場監(jiān)測）合同下進行的。

另一個案例研究涉及在EOS M270機器上的激光粉末床熔合 (LPBF) 3D 打印組件，進一步證明了邊緣檢測技術的實際優(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建表面上，技術人員懷疑存在這個問題，但無法使用標準成像工具進行確認。在機器上安裝 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 200 µm，是正常層厚的四倍。

這一發(fā)現(xiàn)促成了一個簡單的解決方案：在刮刀的初始位置添加一個固定刀片，以防止粉末堆積。實施后，與粉末相關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。

繼這些成功實施之后，Phase3D 計劃將其結構光檢測系統(tǒng)的應用范圍擴展到冷噴涂之外。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域更廣泛地采用實時質量監(jiān)控。以上案例研究基于已報告的調查結果，并代表了一系列真實事件。未使用任何機密數據，所有數據均已重建，以保護客戶隱私。

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

3D打印的質量監(jiān)測

現(xiàn)場質量監(jiān)測對于航空航天等標準很高的行業(yè)至關重要，促使許多增材制造公司開發(fā)自己的新穎解決方案。

例如，西門子能源與風險管理公司DNV合作，將西門子的AM Cockpit與DNV的獨立質量監(jiān)測系統(tǒng)（IQM）集成，開發(fā)了一個新的工業(yè)質量保證平臺。該平臺支持實時監(jiān)控、數字驗證以及3D打印部件與已批準模型的比較。

它提供自動化認證，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項目開發(fā)，旨在增強能源等關鍵行業(yè)對增材制造 (AM) 的信心。西門子重點強調了其在燃氣輪機使用氫氣等低碳燃料方面發(fā)揮的作用。

在 Formnext 2022 展會期間，MakerVerse和蔡司通過整合蔡司的專業(yè)計量解決方案，在 MakerVerse 平臺上推出了增強的質量保證工具。這些新增功能包括觸覺坐標測量機 (TCM)、光學 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 博士強調，此次合作“對于需要為增材制造部件提供工業(yè)級質量檢測和報告的客戶來說，是完美的解決方案。”