国产金属3D打印在线监控系统来了！西空智造填补空白

南极熊导读：终于，国产金属3D打印在线监控系统来了！

增材制造是典型的数字化加工过程，零件数字模型输入到3D打印机直接生成一个完整零件。零件是好是坏，则需进行工业CT等离线无损检测方式判定，一旦出现问题则造成严重人力、物力以及时间的浪费。

金属激光增材加工过程是非常复杂的冶金过程，现行的技术手段很难确保加工工艺的可重复性和质量一致性。往往在零件不同区域、零件与零件之间、同一台设备不同批次之间，以及不同设备生产的同一零件之间存在较大的分散性。这一点极大地制约了激光增材制造的广泛应用，尤其是航空航天领域的高附加值零部件的批量生产。

目前行业领先的增材制造设备厂家，均采用过程监控技术解决这一问题，例如，EOS开发的EOSTATE模块，SLM solutions开发的QAS模块，Renishaw开发的InfiniAM模块，以及Concept Laser开发的QMmeltpool模块等；而国内做的厂商很少。

为了保障航空航天领域高附加值产品增材制造过程可追溯性，工艺可重复性和性能一致性。南极熊获悉，2020年7月，西安空天机电智能制造有限公司（简称西空智造）正式推出了一款国产的激光增材过程监控系统，主要包含粉末床在线监控模块和熔池在线监控模块两部分，主要针对激光粉末床熔融工艺的两个关键工艺节点进行监控，即铺粉过程和熔池。

• 粉末床监控模块，可以实现铺粉状态的在线识别，打印精度的实时分析以及零件打印结果的三维重构；不仅可用于质量监测，还可兼容适应性加工以及零件嫁接。
• 熔池监控模块，一方面可以实时监测熔池是否失稳，另一方面可作为工艺策略优化的定量化指针以及熔池熔化凝固的热力学/动力学分析工具。
• 此外，在线监控也是打印过程闭环控制以及智能化的基础。
  

  

△工作台面

△系统前端

（左-熔池监控模块；右-粉末床监控模块）

粉末床监控模块

简介：铺粉监控模块主要用于监测激光粉末床熔融设备铺粉状态和打印后状态监测；识别铺粉和打印过程中异常现象，实时进行闭环控制，保证成型质量、降低生产成本，提高打印过程可控性，实现缺陷分析智能化。

△视频：粉床加工

过程监测：基于图像处理和机器学习算法，实时对铺粉和打印过程的缺陷进行标记和分类，包括刮刀抖动、刮刀拖拽、不完全铺粉、零件漏出、黑斑等典型异常。

闭环控制：针对异常情况采取相应的闭环控制措施，如再铺粉、停机、工艺参数调整等，确保打印过程中铺粉均匀性和稳定性，提高打印质量。

统计分析：过程历时数据的便捷查看，全过程数据可追溯，三维模型重构以及不同切片特征观察及缺陷统计，零件3D模型分析报告。

用户参与：实体感兴趣区域自定义；每层感兴趣区域自定义；各类缺陷阈值自定义；原始数据提供；支持用户个性化定制。

熔池在线监控模块

简介：熔池监控模块是一种激光粉末床熔融过程中将熔池信息可视化的监测工具。实时记录生产过程中熔池产生的等离子体辐射和熔池形貌数据，是工艺开发、优化和评估的重要资源。在制造零部件时，可将生产过程中质量信息完整记录并标识出生产过程中所存在的异常，作为质量文件以供用户参考。

过程监测：基于信号和图像处理算法，获得高质量的熔池辐射强度、熔池形貌等信息；实时解析获取激光扫描X/Y位置；实时监测激光开关、激光功率等。实时对打印层缺陷进行标记和分类，包括温度过高，熔池失稳、飞溅过大等典型缺陷。

闭环控制：由于熔池特征较为复杂，影响因素较多，整个过程有着非常高动态特性，开发自动修正反馈回路，硬件和工艺层面均面临巨大的挑战,仍处于研制阶段。

统计分析：精细化分析历史数据，全过程数据可追溯和用户操作日志查看，不同切面扫描特征观察及缺陷统计，零件3D模型分析报告。

用户参与：缺陷最小识别率设定；不同缺陷阈值自定义；原始数据提供；支持用户个性化定制。

典型应用场景

三维模型可视化及缺陷重构代替CT检测

基于监测数据生产三维模型，结合图像处理算法和机器学习算法实现缺陷重构，对缺陷位置、类型和形貌进行标记和分类，代替昂贵的CT检测结果。

△视频：历史查看和3D重构

工艺策略控制和优化工具

为用户提供所有原始数据，配置数据分析模块和工具，为了工艺参数改进提供解决方案和思路。

△工艺参数-熔池状态-信号特征映射关系分析

缺陷识别与反馈

建立3D打印过程的闭环控制，实现工艺控制智能化和零缺陷零件制造。

△视频：熔池形貌提取

△典型缺陷在线识别

据了解，目前，该产品已在空军工程大学航空备件应急保障制造和抢修中得到应用。

公司名称：西安空天机电智能制造有限公司
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2020年7月8~10日 上海TCT展位E5-A14，欢迎各位业内同行咨询交流。