NIST開發(fā)增材制造計量測試平臺（AMMT）可實時監(jiān)測金屬3D打...

NIST開發(fā)增材制造計量測試平臺（AMMT）可實時監(jiān)測金屬3D打印過程

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）正在開發(fā)和測試一種定制型3D打印機——增材制造計量測試平臺（AMMT），可對金屬3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過該打印機，研究人員能夠完全控制打印過程，從而進(jìn)行實時深入的研究。這項研究將有助于生產(chǎn)用于金屬3D打印的新型監(jiān)測和計量工具。

隨著3D打印技術(shù)在制造領(lǐng)域的深入推進(jìn)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的缺陷問題。如金屬3D打印部件在打印層經(jīng)常出現(xiàn)一些微小空隙，這將導(dǎo)致應(yīng)力的積累，降低打印結(jié)構(gòu)的性能，最終導(dǎo)致翹曲或開裂問題的發(fā)生。為此，NIST工程實驗室和物理測量實驗室合作研制了AMMT，試圖解決金屬增材制造中日益增長的質(zhì)量控制問題。

NIST研究人員通過收集一些有關(guān)3D打印過程的基本信息，包括熔化金屬的溫度和如何降低應(yīng)力，這能夠幫助研究人員找出相應(yīng)的傳感器，使3D打印機用戶詳細(xì)了解設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的情況。目前，在增材制造領(lǐng)域，已將傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)納入3D打印機，NIST希望開發(fā)具有同樣性能的平臺，用于需求精確測量熔化金屬溫度的方法。

AMMT的工作原理與傳統(tǒng)金屬3D打印機一樣，用激光熔化金屬粉末，并逐層打印出部件的形狀。不同的是，AMMT打印過程是完全開放的，可以進(jìn)行實時修改。激光器的速率可控制在10kHz（每10微秒一次）。這樣可使研究人員獲得更為嚴(yán)格的過程處理的信息反饋循環(huán)，從而清楚的了解發(fā)生的問題及如何改進(jìn)。

目前，AMMT能夠熔化鈦、鈷鉻合金和鎳合金等三種常見類型的金屬粉末。3D打印發(fā)生的大多數(shù)問題是在金屬重新凝固前的粉末熔化過程中，因此NIST研究團隊決定精確測量出熔化金屬所需要的溫度。能夠做到這一點的最好方法是測量從“熔池”反射出的光的性質(zhì)。光的顏色可隨液體金屬的熱量變化而變化，并且獲得關(guān)于各種波長的亮度信息有助于確定物體在3D打印時的溫度變化。

據(jù)研究人員介紹，溫度傳感器可為大多數(shù)3D打印機用戶提供足夠的信息來優(yōu)化打印過程，然而，NSIT研究團隊的目標(biāo)是得到絕對的溫度測量值，最終獲得全面的表面溫度圖。目前，研究人員正在使用帶有特殊消色差的透鏡相機對一些較長波長的亮度進(jìn)行測量，對于較短波長的藍(lán)色可見光的測量，也就是更高溫度，則需要不同的方法。為此，在未來的一年半時間內(nèi)，研究人員將研究一種被稱為TEMPS（熔體、粉末和固體的溫度和輻射強度）的新型傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個光譜儀和一個半球形反射計，研究人員表示，利用TEMPS系統(tǒng)可獲得放大和擴展三倍的波長范圍。隨著這種計量技術(shù)的進(jìn)步，也可以開發(fā)能夠?qū)ζ渌愋偷慕饘俜勰┻M(jìn)行測量的傳感器。

最終，NIST的測量技術(shù)甚至可以應(yīng)用到3D打印領(lǐng)域之外，因為其技術(shù)也適用于觀察任何承受極端高溫變化的固體材料，如高超音速飛機的翼尖。NIST的研究表明，采用3D打印技術(shù)不僅可改變制造業(yè)，還可以在各個領(lǐng)域促進(jìn)具有重要價值的研究。（北方科技信息研究所  王召陽）