金屬3D打印智能光束成型與多光譜成像結(jié)合，讓效率與質(zhì)量保障雙提升！

基于激光的金屬粉末床熔融增材制造（AM）技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為生產(chǎn)復(fù)雜金屬零件的核心技術(shù)。然而，傳統(tǒng)的激光束輪廓和不充分的過(guò)程監(jiān)控往往會(huì)在熔化過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題，可能導(dǎo)致材料缺陷和生產(chǎn)停頓。這就造成了浪費(fèi)，增加了能源消耗，提高了生產(chǎn)成本，而且減緩了生產(chǎn)流程。

歐盟InShaPe項(xiàng)目由慕尼黑工業(yè)大學(xué)與來(lái)自法國(guó)、德國(guó)、以色列、意大利、荷蘭、瑞典和西班牙的其他九個(gè)合作伙伴共同實(shí)施，為解決上述挑戰(zhàn)，研究出了一種將基于人工智能的光束整形與多光譜成像相結(jié)合的新方法。

EOS光束整形技術(shù)演示

生產(chǎn)效率提高六倍

新生產(chǎn)工藝在實(shí)踐中表現(xiàn)出色

研究成果顯著提高了粉末床激光3D打印工藝的生產(chǎn)效率。在一系列工業(yè)應(yīng)用中，他們實(shí)現(xiàn)了超過(guò)600%(6.2x)的生產(chǎn)率提升，包括在使用高溫合金部件中實(shí)現(xiàn)了高達(dá)93.3cm3/h的生產(chǎn)速度。而最初的生產(chǎn)效率僅為15立方厘米/小時(shí)。與此同時(shí)，聯(lián)合企業(yè)還將成本降低了50%，實(shí)現(xiàn)了重要的項(xiàng)目目標(biāo)。

項(xiàng)目合作伙伴在五項(xiàng)工業(yè)應(yīng)用中展示了光束整形和多光譜成像（MSI）創(chuàng)新技術(shù)：航空航天葉輪（In718）、工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)部件（In718）、太空燃燒室部件（銅合金）、電鋸電機(jī)汽缸蓋（AlSi10Mg）和太空通信衛(wèi)星天線部件。

基于人工智能的光束整形

與多光譜成像相結(jié)合

智能光束整形和多光譜成像技術(shù)緊密配合，大大改進(jìn)了3D打印工藝。激光束輪廓專(zhuān)門(mén)針對(duì)部件及其特定的幾何形狀和材料進(jìn)行調(diào)整。這就提高了部件的質(zhì)量，加快了加工速度，避免了開(kāi)裂、飛濺和冷凝等問(wèn)題，否則將導(dǎo)致返工，并可能造成浪費(fèi)。

采用多光譜傳感器的激光束監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

InShaPe的研究人員發(fā)現(xiàn)，環(huán)形光束輪廓與優(yōu)化的掃描策略相結(jié)合，特別適用于各種不同的應(yīng)用。他們沒(méi)有使用高斯光束，而是對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制，以環(huán)形輪廓分布光束強(qiáng)度，從而產(chǎn)生熔池。這樣，熔化區(qū)更加穩(wěn)定，材料加工更加均勻。

與此同時(shí)，新型多光譜成像系統(tǒng)還能捕捉不同波長(zhǎng)范圍的信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控打印過(guò)程。這樣就能及早發(fā)現(xiàn)熔池中的熱變化。記錄的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入工藝管理。以前導(dǎo)致生產(chǎn)停頓或需要返工的缺陷現(xiàn)在都可以避免，從而使生產(chǎn)流程得以繼續(xù)，不會(huì)出現(xiàn)重大延誤。

能源領(lǐng)域的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)部件（材料：IN718）

率先引入工業(yè)化批量生產(chǎn)

總之，這種創(chuàng)新方法是在使用粉末床激光3D打印在實(shí)現(xiàn)工業(yè)批量生產(chǎn)的道路上邁出的重要一步。智能光束成型與MSI過(guò)程控制相結(jié)合，使熔體更加穩(wěn)定，減少了缺陷源，并確保有針對(duì)性地使用更少的能源。

因此，復(fù)雜金屬零件的生產(chǎn)速度更快、成本更低、可持續(xù)性更強(qiáng)，同時(shí)質(zhì)量也得到改善，生產(chǎn)效率顯著提高。InShaPe 為工業(yè)界更快地引入基于人工智能的光束成型和MSI過(guò)程控制提供了可參考性，推動(dòng)了3D打印技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)航空航天、能源和汽車(chē)行業(yè)等應(yīng)用行業(yè)也帶來(lái)極大好處。

InShaPe協(xié)調(diào)員、慕尼黑工業(yè)大學(xué)工程與設(shè)計(jì)學(xué)院的Katrin Wudy教授評(píng)論說(shuō)：“我們很高興這項(xiàng)技術(shù)將很快應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，并推動(dòng)流程控制、質(zhì)量保證和各行業(yè)應(yīng)用能力的進(jìn)步。”

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