金屬3D打印質(zhì)量怎么控制，來個(gè)“打印預(yù)覽”如何,？

目前,，理解和控制金屬3D打印過程中熔池的行為一直是個(gè)難題,，能不能像二維打印那樣,，在打印之前來個(gè)“打印預(yù)覽”，將可能發(fā)生的一些錯(cuò)誤避免掉,？近日,，增材制造仿真的專業(yè)公司3DSIM已經(jīng)與Sigma Labs合作開發(fā)了一個(gè)名為FLEX™軟件，該軟件模擬熱傳感器對(duì)金屬增材制造工藝的響應(yīng),，提前避免可能發(fā)生的錯(cuò)誤,，F(xiàn)LEX™全部商業(yè)版本計(jì)劃于2018年初發(fā)布。

FLEX™是增材制造數(shù)字線程中的關(guān)鍵部分,，F(xiàn)LEX™用戶可以運(yùn)行一個(gè)模擬軟件,，預(yù)測(cè)他們3D打印設(shè)備中的高速非接觸式高溫計(jì)將“看到”什么，就像二維打印文字處理軟件的“打印預(yù)覽”功能一樣。

仿真軟件3DSIM的軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是通過對(duì)超過1000種不同的材料組合性能特點(diǎn)的了解,，了解材料的組合對(duì)零件哪些方面有較大的影響,，從而得到一些有趣的結(jié)果，來幫助確定材料特性和熔池寬度以及深度之間的關(guān)系,，通過精確地模擬熔池寬度和深度,，可以直接預(yù)測(cè)零件的表面粗糙度、精度和孔隙率,。

一旦零件的幾何形狀被建模，仿真軟件可以用來預(yù)測(cè)有代表性的激光掃描路徑,。模擬得到激光及其與材料的相互作用模型,。該模型提供了材料在激光作用下從粉末變成液態(tài)再到凝固的科學(xué)描繪，模型模擬了粉末在粉末床上被加熱,、能量的爆破,、熔化和快速冷卻凝固過程，每一層的構(gòu)建由此類推,。

一旦建立層的掃描策略,，模擬仿真可以提供該層準(zhǔn)確的溫度歷史，這種歷史可以用來預(yù)測(cè)材料的晶體結(jié)構(gòu),、孔隙度,、變形和殘余應(yīng)力。仿真數(shù)據(jù)基于設(shè)備和材料的物理因素,，包括粉末材料的堆積密度,，激光能量吸收特性和熱傳導(dǎo)率。通過仿真可以調(diào)整工藝參數(shù),，以及更換新的粉末,，通過軟件確定掃描策略以及選擇粉末。模擬軟件將預(yù)測(cè)這些改變對(duì)零件性能的影響,。

而Sigma Labs的核心實(shí)力在于感應(yīng)器硬件與數(shù)據(jù)和軟件的融合,。硬件方面，Sigma Labs傳感技術(shù)－Sensorpak,，是一個(gè)由聲,、光、熱傳感器,、收集過程數(shù)據(jù)的全套系統(tǒng),。傳感器記錄的數(shù)據(jù)將建立過程文件，其中西格瑪實(shí)驗(yàn)室工程師通過在洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室多年來在冶金和焊接的研究經(jīng)驗(yàn),，能夠從大數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵的質(zhì)量記錄,，并通過結(jié)果特征還原關(guān)鍵過程的物理特征。

由于硬件記錄和積累了大量的數(shù)據(jù)，從而Sigma Labs由過程測(cè)量發(fā)展到過程控制,，工藝參數(shù)存儲(chǔ)會(huì)作為微觀層面的設(shè)置跟結(jié)果做匹配,。從工藝參數(shù)創(chuàng)建與質(zhì)量的相關(guān)性。如果預(yù)定的規(guī)則都不符合,，打印過程中斷和信號(hào)激活的過程中,，參數(shù)檢測(cè)以及糾正執(zhí)行偏差。在這種方式下,，就需要防止出現(xiàn)有缺陷的熔池,。這種過程控制被稱為過程質(zhì)量保證，是西格瑪實(shí)驗(yàn)室獨(dú)特的（iPQA™）技術(shù),。此外,，過程質(zhì)量度量（iPQM™）包括質(zhì)量保證，這樣可以提高生產(chǎn)效率,，并實(shí)現(xiàn)制造業(yè)務(wù)精益戰(zhàn)略,。

于是，Sigma Labs順勢(shì)將其軟件商業(yè)化,。Sigma Labs在2015年推出Sigma Labs用于粉末床金屬打印過程控制軟件DEFORM™,。DEFORM™是一個(gè)獨(dú)特的工具，與其INSPECT™ 形成完整的過程控制補(bǔ)充,。其專有的,、在線算法可以生成每一層建設(shè)過程中的幾何特性數(shù)據(jù)。Sigma Labs的技術(shù)提供實(shí)時(shí),、逐層分析,，以確保符合生產(chǎn)規(guī)格的要求。

軟件的工作原理與3D打印機(jī)工作的步驟吻合,。拿Sigma Labs的質(zhì)量控制過程來說,，在構(gòu)建過程中，產(chǎn)品按照垂直方向從底部到頂部被打印出來（Z方向）,。每完成一個(gè)打印過程,，Sigma Labs的PrintRite3D® CONTOUR™系統(tǒng)都會(huì)拍照。當(dāng)整個(gè)產(chǎn)品被打印完成時(shí),，該系統(tǒng)將拍攝與建模過程對(duì)應(yīng)的每一層的數(shù)字圖像,。通過系統(tǒng)記錄的每一層的圖片，計(jì)算機(jī)將圖片與設(shè)計(jì)模型的切片相對(duì)比,。

當(dāng)然,，由于硬件可以達(dá)到非常細(xì)膩的觀測(cè)記錄水平，從而使得軟件功能更加強(qiáng)大,，Sigma Labs的PrintRite3D ® INSPECT™軟件利用高溫計(jì)和光電二極管檢測(cè)熔池溫度,，記錄了其中三個(gè)過程變量：

1）金屬粉末融化時(shí)溫度的“增加率”,；

2）熔池停留在最高溫度多“長(zhǎng)”時(shí)間；

3）熔池冷卻的“速率”,。通過捕獲這三個(gè)變量,，該系統(tǒng)產(chǎn)生熔池的“電子簽名數(shù)據(jù)”，從而在每一層的X,Y,Z三維方向上記錄了零件的微觀結(jié)構(gòu),。

在加工中的質(zhì)量管理方面,，通過PrintRite3D ® INSPECT ™軟件，基于大量的生產(chǎn)大數(shù)據(jù)所形成的加工參數(shù)與產(chǎn)品性能之間的相關(guān)性,，獲取符合生產(chǎn)要求的零件所對(duì)應(yīng)的加工參數(shù)作為“基準(zhǔn)數(shù)據(jù)”,。除非與零件的機(jī)械和冶金特性數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，否則該加工參數(shù)的值幾乎沒有任何意義,。這意味著首先必須產(chǎn)生大量的測(cè)試樣本來生成這個(gè)屬性數(shù)據(jù),，并將屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到加工參數(shù)的“電子簽名數(shù)據(jù)”。從而在新的加工過程中將每一層的“電子簽名數(shù)據(jù)”與“基準(zhǔn)數(shù)據(jù)”相對(duì)比,。

可以說3DSIM和Sigma Labs的共同點(diǎn)都在于針對(duì)增材制造，都具備大數(shù)據(jù)的分析處理能力,，而3DSIM專注于仿真,，Sigma Labs則在硬件方面實(shí)力突出，所以二者的合作將進(jìn)一步打通通過仿真軟件對(duì)實(shí)時(shí)加工狀況的預(yù)測(cè)和理解,，讓熔池中粉末將要發(fā)生的行為變得更加未仆先知,。

來源：3D科學(xué)谷

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