Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ hạn chế cho CSS.Để có được trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật hơn (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer).Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Báo cáo khoa học tập 14, Số bài viết: 3861 (2024 ) Trích dẫn bài viết này Bộ đồ Eod
1199 lượt truy cập
Chi tiết số liệu
Lắng đọng năng lượng định hướng bằng chùm tia laze (DED-LB) là một kỹ thuật sản xuất bồi đắp hấp dẫn để tạo ra các cấu trúc 3D linh hoạt và phức tạp theo yêu cầu, áp dụng lớp phủ hoặc sửa chữa các khuyết tật cục bộ.Tuy nhiên, chất lượng của các bộ phận được sản xuất rất khó đánh giá bằng cách kiểm tra trước khi hoàn thiện và các bộ phận phải được kiểm tra rộng rãi sau khi sản xuất để đảm bảo sự phù hợp.Do đó, các lỗi nghiêm trọng xảy ra trong quá trình xây dựng sẽ không bị phát hiện.Trong nghiên cứu này, một hệ thống giám sát mới kết hợp ba camera hồng ngoại dọc theo các trục quang học khác nhau có khả năng giám sát hình dạng bể tan chảy và chuyển vị dọc trong suốt quá trình lắng đọng đã được báo cáo.Bằng cách kết hợp nhiều dữ liệu cảm biến, một thuật toán tự động được phát triển có khả năng xác định sự hình thành các đặc điểm và khuyết tật cấu trúc.Hình học có thành mỏng, giao nhau được sử dụng để chứng minh khả năng của hệ thống trong việc phát hiện độ xốp do quá trình gây ra trong các mẫu có góc giao nhau hẹp, được xác nhận bằng cách sử dụng quan sát micro-CT.Các kết quả được ghi lại chỉ ra nguyên nhân sâu xa của độ xốp do quá trình này gây ra tại điểm giao nhau và cho thấy rằng việc lập kế hoạch đường chạy dao nâng cao có thể loại bỏ các khiếm khuyết đó.Phương pháp được trình bày thể hiện giá trị của giám sát đa trục trong việc xác định cả khuyết tật và đặc điểm cấu trúc, mang lại sự tiến bộ cho các hệ thống cảnh báo và phát hiện tự động trong DED-LB.
Lắng đọng năng lượng định hướng bằng chùm tia laze kim loại (DED-LB/M) là một quy trình sản xuất bồi đắp (AM) tạo ra các bộ phận kim loại thông qua quá trình nung chảy nguyên liệu và chất nền bằng laze.Tùy thuộc vào hệ thống đang được sử dụng, tia laser được chiếu vào bề mặt kim loại tạo thành bể tan chảy chất lỏng.Nguyên liệu thô, ở dạng bột hoặc dạng dây, sau đó được dẫn vào đường truyền laser và tạo ra một bể chất lỏng tan chảy nhanh chóng đông cứng lại thành hạt.Khi tia laser và nguyên liệu được di chuyển so với chất nền, một hạt kim loại sẽ được lắng đọng. Hạt kim loại này có thể được chế tạo thêm để tạo ra lớp phủ, sửa chữa các thành phần kim loại hoặc tạo ra toàn bộ cấu trúc ba chiều.
DED-LB/M, cùng với các quy trình AM kim loại khác, đang sinh sôi nảy nở trong suốt quá trình nghiên cứu và công nghiệp, dẫn đến sự phát triển công nghệ nhanh chóng cho cả thiết bị sản xuất và các ứng dụng mà nó đang được sử dụng.Khi sự phát triển này tiếp tục, nhu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn quy trình AM để đảm bảo tính lặp lại và chất lượng của các sản phẩm được sản xuất ngày càng tăng.Các ngành công nghiệp, chẳng hạn như lĩnh vực y tế, năng lượng và hàng không vũ trụ, hiện thường xuyên sử dụng các bộ phận được sản xuất bổ sung ở quy mô thương mại và do đó, yêu cầu các bộ phận phải nhất quán và đáng tin cậy về hiệu suất1,2,3.Tuy nhiên, kim loại AM là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng với mức độ biến thiên vốn có cao.Những biến động nhỏ về nguyên liệu và quá trình phân phối, tích tụ nhiệt, hình dạng bộ phận hoặc các điều kiện in khác có thể nhanh chóng tích lũy, dẫn đến lỗi hoặc dẫn đến sự thay đổi về đặc tính bộ phận4,5.
Sự xuất hiện của các khiếm khuyết và sự không nhất quán về hiệu suất là những trở ngại dai dẳng đối với việc tiếp tục áp dụng các quy trình AM vào ngành công nghiệp.Các bộ phận được sản xuất cho các ứng dụng quan trọng về hiệu suất đòi hỏi phải thử nghiệm và kiểm tra rộng rãi trước khi sử dụng, làm tăng thêm chi phí đáng kể vào giá trị của bộ phận đó.Cụ thể, các khuyết tật bên trong thường được phát hiện và mô tả thông qua việc sử dụng thử nghiệm phá hủy hoặc bằng các phương pháp không phá hủy, chẳng hạn như Chụp cắt lớp vi tính bằng tia X (micro-CT)6.Cả hai phương pháp đều có thể chậm và tốn kém, chỉ phát hiện sự hiện diện của lỗi sau khi bộ phận đó đã được chế tạo.
Một phương pháp để giảm thiểu sự xuất hiện của các khiếm khuyết và tính biến đổi là sử dụng các tham số xử lý được hiểu rõ và các sơ đồ quy trình thường được tạo ra để tạo điều kiện thuận lợi cho việc này.Bản đồ quy trình có thể được sử dụng để xác định và tránh các chế độ thường có thể dẫn đến nhiều loại lỗi khác nhau.Ví dụ, có tài liệu rõ ràng rằng năng lượng đầu vào thấp có thể dẫn đến thiếu các khuyết tật nhiệt hạch7,8.Tuy nhiên, Chen và cộng sự đã đề xuất rằng tốc độ di chuyển ngang thấp hơn cũng có thể gây ra tình trạng thiếu độ xốp nhiệt hạch bằng cách tạo ra một lớp phủ gồm các hạt thiêu kết không tan chảy hoàn toàn trong các lớp trong tương lai.Tương tự, năng lượng đầu vào cao có thể tạo ra các lỗ khóa trong bể tan chảy, điều này có thể dẫn đến sự hình thành độ xốp10.Mặc dù có lợi nhưng các bản đồ quy trình có xu hướng tốn thời gian để sản xuất, phụ thuộc vào các giải pháp tính toán và thường bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi hình dạng bộ phận hoặc các thông số cụ thể của máy11, cũng như không thực sự đảm bảo các thành phần không có lỗi12.
Để giải quyết những khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng bộ phận và xác định các vấn đề tiềm ẩn ở giai đoạn đầu của quá trình xây dựng, nhiều nhà nghiên cứu và nhà vận hành công nghiệp đang hướng tới lĩnh vực giám sát trong quá trình hoặc tại chỗ đang phát triển13,14,15,16.Điều này đề cập đến việc sử dụng một hoặc nhiều cảm biến theo dõi quá trình sản xuất bồi đắp khi nó diễn ra, cho phép người dùng hiểu rõ hơn về vật lý và các tương tác xảy ra trong quá trình sản xuất bồi đắp kim loại, điều này có thể cho biết chúng liên quan như thế nào đến sự hình thành khuyết tật17.Thông qua phương pháp này, gần đây người ta đã có thể phát hiện sự hình thành các khuyết tật trong quá trình AM từ các tín hiệu được ghi lại13,18,19.
Có nhiều cách tiếp cận khác nhau để theo dõi DED-LB/M dựa trên thị giác trong tài liệu.Ví dụ, Jeon và cộng sự20 đã sử dụng camera hồng ngoại (IR) sóng giữa (3–5 μm), được ghép nối đồng trục với chuỗi quang học và một máy quét đường gắn phía sau vòi lắng đọng 120 mm để đo hồ sơ lắng đọng của các mẫu Thép không gỉ (SS) 316L.Tuy nhiên, vị trí của máy quét laser hạn chế độ phức tạp và kích thước của các mẫu có thể được nghiên cứu về bản chất chủ yếu là tuyến tính và đủ nhỏ để cho phép di chuyển quá mức cần thiết.
Giám sát DED dựa trên tầm nhìn ngoài trục cũng đã được tiến hành để quan sát cả nhiệt độ và chiều cao lớp.Hagenlocher và cộng sự14 đã sử dụng camera hồng ngoại ở vị trí cố định và có thể đo nhiệt độ của toàn bộ một mặt của ống hình chữ nhật AlMg5, cho phép phân tích sự tích tụ nhiệt bên trong bộ phận.Tuy nhiên, sự sắp xếp này chỉ cho phép một trường nhìn duy nhất trong toàn bộ quá trình xây dựng.Trong các nghiên cứu của Borovkov và cộng sự.21 và Lu và cộng sự.22, chiều cao của các lớp lắng đọng được đo bằng cách sử dụng camera lệch trục nhưng yêu cầu chiếu tia laser vạch lên đường ray phía sau bể tan chảy, hạn chế tính định hướng giám sát.
Các phép đo chiều cao cũng có thể được tiến hành đồng trục bằng cách sử dụng Chụp cắt lớp kết hợp quang học (OCT)23,24 hoặc phép đo tam giác bằng laser25,26.Bản chất đồng trục của các hệ thống này cho phép đo chiều cao bề mặt từ bể tan chảy và có thể được sử dụng bất kể hướng di chuyển.Tuy nhiên, các hệ thống này yêu cầu một đầu dò laser bổ sung được ghép đồng trục vào chuỗi quang học, sau đó được giám sát bằng cảm biến ghép đồng trục, yêu cầu lắp đặt quang học thích hợp nếu không có.Hơn nữa, bước sóng laser và thiết kế quang học phải được xem xét cẩn thận để tránh nhiễu từ laser xử lý hoặc phát xạ từ vùng xử lý23.Tác động của việc nhập nguyên liệu (đặc biệt là ở dạng bột, gây ra hiện tượng méo tín hiệu đáng kể), tình trạng bề mặt và chùm tia của quy trình phải được đánh giá theo từng trường hợp cụ thể đối với các kỹ thuật giám sát này25.
Trong công việc này, để tối đa hóa lợi thế của cả phương pháp giám sát ngoài trục và trên trục, hệ thống giám sát đa trục đã được triển khai bằng cách sử dụng một camera hồng ngoại đồng trục và hai camera hồng ngoại ngoài trục để duy trì sự độc lập tối đa với hướng lắng đọng trong thực tế.Bằng cách sử dụng phương pháp này, nhiều yếu tố hình học đã được trích xuất từ nguồn cấp dữ liệu video, bao gồm các tín hiệu được theo dõi thường xuyên như diện tích bể tan chảy, chiều dài và chiều rộng27,28.Tuy nhiên, điều đáng quan tâm nhất trong nghiên cứu này là vị trí của tâm bể tan chảy được theo dõi bởi các camera ngoài trục để xác định những thay đổi về chiều cao bề mặt và cho phép theo dõi chiều cao lớp liên tục bất kể hướng di chuyển.
Một tập hợp thí nghiệm được thiết kế để theo dõi sự lắng đọng của bột Ti6Al4V thành các dạng hình học có thành mỏng với các giao điểm góc cạnh.Sự sắp xếp này ghi lại khung cảnh của bể tan chảy từ phía trên, phía trước và phía bên ở một góc quan sát cố định để cung cấp một bức tranh tổng thể về khu vực xử lý.Việc thực hiện quan sát nhiều trục được chứng minh là cung cấp các phép đo mạnh mẽ và nhận dạng tính năng.Việc theo dõi vùng tan chảy giữa nhiều camera cho phép theo dõi các yếu tố hình học và độ dịch chuyển theo chiều dọc trong quá trình lắng đọng đa hướng mà không bị gián đoạn.Hệ thống này được thiết kế để có thể thích ứng với các camera hồng ngoại khác nhau và thiết bị lắng đọng hiện có.Khả năng của phương pháp này trong việc phát hiện các sai lệch hình học thông qua giám sát dịch chuyển theo chiều dọc đã được chứng minh, xác định các chế độ dịch chuyển khác nhau cho thấy sự suy giảm vật liệu tại điểm giao nhau và vật liệu dư thừa tại các vị trí quay vòng bằng laser.
Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trong nghiên cứu này đều được tiến hành trên TRUMPF TruLaser Cell 7020 (TRUMPF SE + Co. KG, Ditzingen, Đức).Hệ thống 5 trục này cung cấp nguyên liệu bột bằng vòi phun đồng trục vào bể tan chảy được tạo thành bởi tia laser 1030 nm được cung cấp bởi mô-đun laser TRUMPF TruDisk 3001.Laser Yb:YAG trạng thái rắn này cung cấp chùm tia liên tục có phân bố Gaussian và công suất đầu ra là 80–3000 W;chùm tia được vận chuyển bằng cáp quang.Vòi phun đồng trục có khoảng cách chuẩn 12 mm đã được sử dụng trong tất cả các thí nghiệm.
Bột nguyên liệu được sử dụng là loại Ti6Al4V tiêu chuẩn ASTM loại 5 do ECKART TLS GmbH (Hartenstein, Đức) cung cấp.Các hạt được tạo ra bằng quá trình nguyên tử hóa khí trong Argon và được phân loại là hình cầu với sự phân bố kích thước 45–90 μm.Các mẫu được lắng đọng trên đế Ti6Al4V được phun cát với độ dày tối thiểu 10 mm.Các thông số thí nghiệm quan trọng khác được sử dụng được liệt kê trong Bảng 1.
Một loạt chín hình dạng tường mỏng giao nhau đã được tạo ra cho nghiên cứu này ở ba chiều cao thiết kế khác nhau, 5, 10 và 20 mm, với các góc giao nhau là 90°, 60° và 30° để thể hiện các hình dạng hình học phổ biến.Một ví dụ về hình học này được mô tả trong Hình 1. Đường chạy dao của máy được tạo từ mô hình CAD với phần mềm cắt DCAM của SKM Informatik (Schwerin, Đức), dẫn đến hướng quét xen kẽ cho mỗi lớp trong khi điểm đầu và điểm cuối tiến triển xung quanh chu vi của tòa nhà.Do sự tăng tốc và giảm tốc của tia laser tại điểm bắt đầu, dòng chảy tan chảy có thể gây ra sự hình thành chỗ phình ra nếu mỗi lớp bắt đầu ở cùng một vị trí29,30.Do đó, chiến lược quét được chọn sẽ giảm thiểu tác động tích lũy của điểm bắt đầu và hướng di chuyển không đổi.Sau đó, ba mẫu tiếp theo được sản xuất bằng cách sử dụng đường chạy dao đã sửa đổi, một mẫu ở mỗi góc giao nhau và sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong phần “Giới hạn của máy ảnh”.
Mô hình CAD hiển thị hình dạng của các mẫu Tường giao nhau trong đó góc giao nhau là 30° và chiều cao thiết kế là 20 mm.Đường quét cho hai lớp đầu tiên (các phần phi lê không được hiển thị) được mô tả để minh họa chiến lược lắng đọng.Các trục tọa độ của hệ thống lắng đọng laser cũng được hiển thị.Các vị trí quan tâm được đánh dấu ở đây bằng các con số biểu thị: 1. Vùng giữa tường;2. Điểm quay tường;3. Ngã ba tường.
Người ta đưa ra giả thuyết rằng thiết kế sẽ tạo ra ba vùng chính với lịch sử nhiệt khác nhau tạo ra các đặc điểm hình học khác nhau.Các phần xây dựng này là: (1) vùng giữa của các bức tường mỏng nơi tia laser di chuyển theo đường thẳng và sự lắng đọng có thể được coi là ở chế độ trạng thái ổn định;(2) các đầu của mỗi bức tường nơi tia laser phải chạy chậm lại và quay vòng trước khi tiếp tục theo dõi tuyến tính của thiết kế, dẫn đến thời gian lưu trú tại các vị trí này tăng lên;và (3) vùng tiếp giáp nơi các bức tường giao nhau.Điểm nối trên tường được đặc biệt quan tâm vì tia laser đi qua vùng này ba lần, so với hai lần nó đi qua mọi vị trí khác trong bộ phận.
Các ký hiệu mẫu có dạng IW1, trong đó các chữ cái là viết tắt của 'Tường giao nhau' và con số liên quan đến chiều cao thiết kế và góc giao nhau.Chúng được cung cấp trong Bảng 2.
Quá trình xây dựng được giám sát bằng ba camera hồng ngoại, được gắn vào đầu lắng đọng của TRUMPF và di chuyển cùng với nó trong quá trình lắng đọng.Thiết lập thử nghiệm bao gồm máy ảnh nhiệt Optris PI 05M và Optris PI 1M (Optris GmbH, Berlin, Đức) được đặt trên giá đỡ gắn bên cạnh và máy ảnh chụp ảnh hồng ngoại đồng trục, Bộ điều khiển Sản xuất Phụ gia Laser bằng Hồng ngoại (CLAMIR), do NIT cung cấp ( Công nghệ hồng ngoại mới, SL, Madrid, Tây Ban Nha)).Sự sắp xếp của các camera này được hiển thị trong Hình 2a, với các ví dụ về hình ảnh mà các camera thu được trong Hình 2b–d.Sự sắp xếp này cho phép một camera ngoài trục giám sát mặt cắt dọc của bể tan chảy trong khi camera còn lại giám sát mặt cắt phía trước hoặc ngược lại.
Bố trí thí nghiệm và hình ảnh ví dụ từ quá trình sản xuất mẫu tường giao nhau 30°.(a) Lắp đặt camera nhiệt trên đầu lắng TRUMPF với các trục tọa độ máy chồng lên nhau.Các bộ phận chính được đánh số: (1) Camera CLAMIR có kết nối cáp dữ liệu và làm mát bằng nước.(2) Cổng gắn đồng trục cho camera CLAMIR.(3) Camera nhiệt Optris PI 05M, có cáp dữ liệu, ở góc 55° so với trục k.Được gắn thông qua giá đỡ gắn bên cạnh.(4) Đầu phun bột đồng trục cho DED-LB/M.(5) Camera nhiệt Optris PI 1M, có cáp dữ liệu, ở góc 55° so với trục k.Được gắn thông qua giá đỡ gắn phía sau.(6) Nẹp ổn định cho giá đỡ gắn bên cạnh.(b) Ảnh thang độ xám thu được từ camera CLAMIR.(c) Ảnh nhiệt thu được từ máy ảnh Optris PI 1M.(d) Ảnh nhiệt thu được từ máy ảnh Optris PI 05M.
Phối cảnh của mỗi camera phải được xem xét để theo dõi các đặc tính hình học.Máy ảnh đồng trục không bị biến dạng phối cảnh và không yêu cầu hệ số hiệu chỉnh.Tuy nhiên, hai máy ảnh lệch trục phải trải qua quá trình hiệu chỉnh phối cảnh để đo độ dịch chuyển theo chiều dọc và điều chỉnh tỷ lệ khung hình pixel.Như sẽ được thảo luận thêm trong phần “Xử lý dữ liệu”, các phép đo thu được thông qua việc theo dõi bể tan chảy.Do quang học lắng đọng duy trì sự liên kết theo chiều dọc giống nhau trong suốt quá trình sản xuất mẫu, bể tan chảy có thể được coi là tập trung quanh trục thẳng đứng.Do đó, những thay đổi về tọa độ hình ảnh của tâm bể tan chảy trong trục y của hình ảnh có thể được hiểu là sự dịch chuyển theo chiều dọc so với mặt phẳng tiêu cự ban đầu.Các điểm trong mặt phẳng thẳng đứng sẽ được chiếu vào mặt phẳng hình ảnh như trong Hình 3 và khoảng cách thực trong mặt phẳng thẳng đứng hoặc trục k của hệ thống lắng đọng theo Hình 2a, có thể được tính bằng cách sử dụng quan hệ lượng giác , xem phương trình.(1),
trong đó \({R} _{v}\) là khoảng cách thực giữa hai điểm trong mặt phẳng thẳng đứng, \({y} _{v}\) là khoảng cách trong trục y của hình ảnh và \(\theta\ ) là góc giữa trục quang của máy ảnh và trục tung.Tương tự, hệ số tỷ lệ của các pixel trong trục y của hình ảnh có thể được xác định bằng phương trình.(2),
trong đó \({R} _{h}\) là khoảng cách thực giữa hai điểm trong mặt phẳng ngang (mặt phẳng i–j của hệ thống lắng đọng) và \({y} _{h}\) là khoảng cách trong trục y của hình ảnh.
Chiếu các mặt phẳng dọc và ngang lên mặt phẳng hình ảnh cho camera ngoài trục.Các điểm thực a và c lần lượt được chiếu tới các điểm ảnh b và d, với điều kiện là có thể đưa ra giả định tia song song.Tiêu điểm của tia laser được lấy là gốc O, được ánh xạ tới điểm O' trong mặt phẳng ảnh.Do đó, khoảng cách thực trong các mặt phẳng dọc, Rv và ngang, Rh, được ánh xạ tới các khoảng cách trong mặt phẳng ảnh, yv và yh, tương ứng.Vì trục quang laser không thay đổi, nên bể tan chảy có thể được coi là tập trung vào trục thẳng đứng và những thay đổi đối với trục y của tâm bể tan chảy liên quan đến những thay đổi về chuyển vị dọc, trong khi phạm vi của bể tan chảy trong trục y của ảnh có thể được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng phương trình khoảng cách thực trong mặt phẳng ngang.
Việc giám sát đồng trục của bể tan chảy được thực hiện bằng mô-đun camera chụp ảnh CLAMIR của NIT.Máy ảnh này kết hợp với chuỗi quang học của đầu lắng đọng TRUMPF phía trên ống kính chuẩn trực, như trong Hình 2a, vị trí 1. CLAMIR là máy ảnh hồng ngoại sóng giữa phát hiện các bước sóng trong phổ 1–5 μm trên 64 × 64 máy dò PbSe pixel với tốc độ khung hình tối đa 1 kHz.Bộ lọc thông dài, ThorLabs (ThorLabs Inc., Newton, USA) FELH1100, được lắp đặt để chặn tất cả các bước sóng ngắn hơn 1100 nm và bảo vệ máy dò khỏi phản xạ laser.Các khung hình được chụp ở tần số 1 kHz và đạt được độ phân giải pixel là 9,0 px/mm (111 μm/px).Mặc dù máy ảnh CLAMIR có thể được sử dụng để tự động điều chỉnh công suất laser nhằm đạt được chiều rộng mục tiêu của bể tan chảy, nhưng chức năng này không được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại do kết quả thu được không nhất quán và thay vào đó, dữ liệu cảm biến được tạo ra được ghi lại trong -Xử lý và đánh giá nhà.
Máy ảnh được trang bị chức năng chụp tự động để ngăn hiện tượng trôi nhiệt trên cảm biến, điều này sẽ dẫn đến cường độ cảm nhận ngày càng tăng đối với tất cả các pixel.Trong khoảng thời gian màn trập hoạt động, khoảng 300 mili giây, hình ảnh được ghi sẽ trống nhưng mọi số liệu được tính toán trong phần mềm gốc sẽ được duy trì như phiên bản hoạt động cuối cùng.Cửa trập tự động được thiết lập để kích hoạt cứ sau 30 giây trong quá trình giám sát vì thử nghiệm nội bộ cho thấy hiện tượng trôi nhiệt tối thiểu xảy ra trong khung thời gian này.Thông tin thêm có thể được lấy từ bảng dữ liệu CLAMIR31.
Camera ngoài trục đầu tiên là camera Optris PI 1M theo dõi các bước sóng trong phạm vi 0,85–1,1 μm và có phạm vi nhiệt độ đo tối đa là 450–1800 °C.Trong nghiên cứu này, phạm vi đo là 575–1800 °C, bao gồm phạm vi nóng chảy của Ti6Al4V, tức là 1600–1650 °C32.Một bộ lọc notch, ThorLabs NF1030-45, được cài đặt cùng với máy ảnh này để loại trừ các bước sóng 1030 ± 2 nm, với toàn bộ chiều rộng ở mức tối đa một nửa là 45 nm cho vùng chặn.Điều này ngăn chặn các bước sóng laser phản xạ làm hỏng máy dò hoặc ảnh hưởng đến việc ước tính nhiệt độ.Giá đỡ được thiết kế và sản xuất trong nhà được sử dụng để gắn máy ảnh và đảm bảo khả năng lặp lại của các thí nghiệm, xem Hình 2a, vị trí 5. Góc nhìn được đặt thành 55° so với trục thẳng đứng và dẫn đến tiêu cự là 0,3 m .Các khung hình được chụp ở tần số 80 Hz, độ phân giải quang học 382 × 288 px và đạt được độ phân giải pixel là 11,7 px/mm (85,7 μm/px).Camera Optris 1M được căn chỉnh theo trục j của hệ thống lắng đọng và xem các hình học giao nhau theo hướng j dương, vuông góc với mặt sau của bức tường dài.Bạn có thể lấy thêm thông tin từ bảng dữ liệu Optris PI 1M33.
Camera lệch trục thứ hai là camera nhiệt Optris PI 05M, được lắp đặt ở bên cạnh đầu lắng đọng bằng giá đỡ thứ hai, 90° so với camera PI 1M trong mặt phẳng nằm ngang, như trong Hình 2a, vị trí 3 Góc nghiêng của máy ảnh này cũng được đặt thành 55° so với phương thẳng đứng và có tiêu cự 0,2 m.Camera 05M giám sát các bước sóng trong phạm vi 500–540nm và quan sát phạm vi nhiệt độ 950–2450 °C.Dải bước sóng ngắn hơn này cũng loại bỏ sự cần thiết của bộ lọc quang học để bảo vệ chống lại ánh sáng laser.Các khung hình được chụp ở tần số 80 Hz, độ phân giải quang học 382 × 288 px và đạt được độ phân giải pixel là 8,3 px/mm (120 μm/px).Máy ảnh Optris 05M được căn chỉnh với trục i của hệ thống lắng đọng như trong Hình 2a và xem các hình học giao nhau theo hướng i dương, hướng về phía bên trong của góc giao nhau.Bạn có thể lấy thêm thông tin từ bảng dữ liệu Optris PI 05M34.
Tương tự như camera CLAMIR, cả hai camera Optris đều được trang bị chức năng chống trôi nhiệt, được gọi là 'cờ'.Đây lại là một rào cản vật lý được đóng lại trên hệ thống quang học trong thời gian ngắn để thiết lập lại điểm tham chiếu của máy dò.Máy ảnh sẽ tự động kích hoạt cờ khi phần mềm xác định rằng có sự thay đổi quá lớn về nhiệt độ đo được của pixel.Thời gian tối thiểu là 12 giây giữa các lần kích hoạt cờ đã được triển khai.Điểm khác biệt đáng chú ý ở đây là hình ảnh được ghi trong quá trình kích hoạt cờ được giữ tĩnh, trái ngược với camera CLAMIR, nơi hình ảnh được ghi sẽ trống trong thời gian này.
Bằng cách kết hợp các góc nhìn của cả ba camera, có thể đảm bảo tầm nhìn liên tục về bể tan chảy, tính đến sự gián đoạn do cửa chớp tự động của máy ảnh hoặc sự tự che khuất của bể tan chảy bởi các cạnh của các bộ phận được sản xuất.Hơn nữa, việc phát hiện các tính năng trong dữ liệu sẽ trở nên quan trọng hơn nếu được xác thực bởi nhiều camera thay vì một camera duy nhất, điều này có thể chịu các tín hiệu nhiễu do tính chất phân tán và biến đổi của chính bể tan chảy.
Các mẫu đã hoàn thành được cắt từ chất nền số lượng lớn và được micro-CT thẩm vấn toàn bộ để tiết lộ các đặc điểm bên trong.Một Zeiss Xradia 515 (Carl Zeiss AG, Oberkochen, Đức) với nguồn tia X vonfram trên cửa sổ kim cương (140 kV, 10 W), bộ lọc nguồn HE18 và máy dò màn hình phẳng được sử dụng để chụp ảnh các mẫu, đạt được kích thước pixel khoảng 18–19 μm, tùy thuộc vào mẫu cụ thể.
Hình ảnh địa hình được thu được từ một số mẫu bằng Kính hiển vi kỹ thuật số 3D Keyence VHX-5000 (KEYENCE CORPOration OF AMERICA, Itasca, USA).Hình ảnh địa hình được thu thập thông qua phương pháp ghép dọc, trong đó hình ảnh được thu trên một phạm vi dọc đã biết và kết hợp để tạo thành bản đồ chiều cao.
Thuật toán xử lý dữ liệu tùy chỉnh đã được thiết kế và triển khai trong phần mềm MATLAB để theo dõi các thay đổi về vị trí, hình dạng và kích thước của bể tan chảy từ đầu ra của ba cảm biến.
Các tính năng được trích xuất từ các bản ghi video bao gồm:
Vị trí của tâm tan chảy đối với tọa độ x và y của hình ảnh.
Diện tích tương đương của vùng tan chảy hiện diện trong khung hình của hình ảnh (đã hiệu chỉnh độ méo phối cảnh).
Độ lệch tâm của hình elip phù hợp với vật thể bể tan chảy.
Hướng của trục chính hình elip được trang bị tương ứng với trục x của hình ảnh
Kích thước của vùng tan chảy dọc theo trục x của khung cho cả máy ảnh ngoài trục và kích thước theo cả trục x và trục y của máy ảnh CLAMIR đồng trục.
Vị trí trung tâm của bể tan chảy được sử dụng để ngoại suy sự dịch chuyển theo chiều dọc của mặt phẳng lắng đọng hiện tại liên quan đến khoảng cách làm việc được xác định trước.Như được hiển thị trong Hình 4, khoảng cách làm việc ban đầu, \({w__{0}\) , được lập trình vào đường dẫn lắng đọng.Trong quá trình lắng đọng nhiều lớp, vòi phun được lập trình để nâng lên theo mức tăng đã đặt cho mỗi lớp kế tiếp.Khi mức tăng chiều cao khác với chiều cao hạt được lắng đọng, bề mặt bộ phận sẽ lệch khỏi mặt phẳng làm việc ban đầu, tạo ra khoảng cách làm việc mới, \({w} _{pos}\) hoặc \({w} _{neg} \) .Trong cả hai trường hợp, hiệu quả chụp đều giảm.Đối với trường hợp \({w__{neg}\) , điều này có thể dẫn đến chiều cao lắng đọng giảm hơn nữa và hiệu ứng chạy trốn với độ dịch chuyển ngày càng âm so với mặt phẳng làm việc ban đầu35.Tuy nhiên, trong trường hợp \({w__{pos}\) , chiều cao lắng đọng giảm (do hiệu suất thu giữ giảm và hoặc tan chảy quá mức) có thể ngăn bộ phận phát triển quá cao và ảnh hưởng đến quá trình lắng đọng vòi phun.Điều này dẫn đến tình trạng xây dựng quá mức ổn định và thường là trạng thái xây dựng mong muốn để vận hành35.
Những sai lệch trên bề mặt phôi dẫn đến sự dịch chuyển dương và âm so với khoảng cách làm việc lý tưởng.
Khi giám sát bằng camera lệch trục, độ dịch chuyển của khoảng cách làm việc so với khoảng cách làm việc ban đầu có thể được tính bằng phương trình.(1), nếu giả định được đưa ra là những thay đổi ở vị trí tâm của bể tan chảy tương ứng với sự dịch chuyển trên bề mặt phôi.Người ta đưa ra giả thuyết rằng trọng tâm của bể tan chảy sẽ tăng theo chiều dọc mỗi lớp liên tiếp theo độ dày của lớp lắng đọng và do đó, sẽ cung cấp một phương pháp để theo dõi sự thay đổi chiều cao lớp đối với mặt phẳng tiêu cự, được định nghĩa là chiều dọc trung bình vị trí của lớp đầu tiên.
Trong trường hợp kích thước bể tan chảy, chỉ trục x được xem xét trong camera Optris do cả biến dạng phối cảnh và khả năng tự nhiễu dọc theo trục y, nhưng cả hai đều có thể được trích xuất.Hơn nữa, phép đo đồng thời của cả hai camera Optris có nghĩa là chiều dài không bị biến dạng của bể tan chảy có thể được đo bằng một camera, trong khi camera thứ hai đo chiều rộng không bị biến dạng.Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, chỉ các đặc điểm vị trí được nghiên cứu nhằm mục đích phát hiện các sai lệch hình học so với thiết kế bộ phận.
Thuật toán xử lý video được sử dụng để trích xuất các tính năng trên được tóm tắt bằng sơ đồ trong Hình 5. Các tính năng hình học bổ sung cũng có thể được trích xuất thông qua sửa đổi thuật toán trong các nghiên cứu trong tương lai.Việc xử lý tín hiệu được tiến hành sau khi quá trình in hoàn tất.Tuy nhiên, có khả năng quy trình này sẽ được tự động hóa và thực hiện trong thời gian thực để cho phép điều khiển vòng kín trong tương lai.
Lưu đồ mô tả thuật toán được sử dụng để xử lý dữ liệu video thành các số liệu của nhóm tan chảy được vector hóa.*Nếu một khung nằm trong một chuỗi dài các khung trống (thường tương đương > 0,5 giây), điều này cho thấy tia laser đang ở trạng thái 'tắt' để làm mát giữa các lớp.Bước này là cần thiết do nguồn cấp dữ liệu máy ảnh đồng trục bị gián đoạn do cài đặt 'màn trập tự động' và khoảng thời gian này không phải lúc nào cũng được xác định rõ ràng.
Để xác định giá trị ngưỡng cho từng tệp camera, cấu hình cường độ thang độ xám được trích xuất từ trục dọc của nhóm tan chảy.Phần đuôi của bể tan chảy thể hiện một đường cong làm mát đặc trưng, bị gián đoạn bởi một 'vai' phẳng hơn với độ dốc nhiệt giảm so với phần còn lại của đường cong.Đỉnh dưới của vai này được lấy làm nhiệt độ rắn, 1600 °C cho Ti6Al4V32 và được sử dụng để nhị phân các khung.Bạn có thể tìm thấy lời giải thích chi tiết hơn về quy trình này trong Ghi chú bổ sung: Thuật toán xử lý hình ảnh.
Sau khi được nhị phân hóa, các khung sẽ được cắt và mặt nạ Khu vực quan tâm (ROI) được áp dụng để loại bỏ mọi đầu vào không liên quan.Đối tượng lớn nhất, được giao diện phần mềm gọi là 'hạt', được chọn bằng chức năng 'bwpropfilt' MALAB để chọn đối tượng lớn nhất theo diện tích.Điều này cách ly bể tan chảy khỏi sự bắn tung tóe bổ sung.Ở đây giả định rằng hạt lớn nhất có trong khung sẽ là vũng tan chảy dai dẳng, điều này đúng trong hầu hết các trường hợp.Tuy nhiên, bản chất rời rạc của các hạt bắn tung tóe có nghĩa là một hạt có thể bay về phía một trong các camera lệch trục, trong giây lát trở nên lớn hơn trong trường nhìn so với bể tan chảy.Điều này tạo ra tiếng ồn trong quá trình ghi của từng camera nhưng được khắc phục nhờ sự sẵn có của nhiều cảm biến, nâng cao kết quả thu được.
Khi nội dung của các khung đã được giảm xuống thành hạt lớn nhất, các đặc tính hình học của bể tan chảy sẽ được phân tích bằng chức năng 'khu vực'.Khi sử dụng hàm này, tâm, khung giới hạn và diện tích sẽ được trả về.Ngoài ra, một hình elip được gắn vào hạt và độ lệch tâm, hướng (góc giữa trục chính và trục ngang của hình ảnh), cũng như độ dài trục chính và trục phụ được trả về.Các giá trị này sau đó được xử lý thêm để trích xuất các số liệu được xác định trước đó.Thông tin thêm về việc triển khai các hàm MATLAB này có thể được lấy từ tài liệu liên quan36.
Thuật toán xử lý từng khung hình thông qua chuỗi video, trích xuất số liệu ở mỗi bước.Chuỗi khung hình dài không có hạt có thể cho biết tia laser đã tắt để tạm dừng giữa các lớp, trong khi chuỗi khung hình ngắn có thể cho biết máy ảnh đã kích hoạt 'cờ' hoặc 'cửa trập tự động'.Do đó, các chuỗi khung không có vùng tan chảy dài hơn 0,5 giây được coi là đánh dấu điểm bắt đầu và điểm kết thúc cho các lớp và các khung trống ở giữa sẽ bị loại bỏ.Sau đó, dữ liệu sẽ tự động được tách thành một mảng cấu trúc theo từng lớp và được lưu trữ để có thể phân tích các số liệu sau này.Một cuộc thảo luận ngắn gọn về hiệu quả tính toán của thuật toán này được cung cấp trong Ghi chú bổ sung: Thuật toán xử lý hình ảnh trực tuyến.
Ảnh chụp các bộ phận được chế tạo được trình bày trên Hình 6 cho ba góc giao nhau với chiều cao thiết kế là 20 mm.
Hình thái hoàn thiện của các mẫu (a) IW1, (b) IW4 và (c) IW7.Hình nhỏ trong (c) cho thấy vị trí vết lõm được hình thành trong quá trình lắng đọng.
Các mẫu được sản xuất với giao điểm 90°, Hình 6a, có bề mặt gần như bằng phẳng với các đầu thành được nâng lên và vùng tiếp giáp phẳng.Các mẫu được sản xuất ở góc 60°, Hình 6b và 30°, Hình 6c, trình bày tương tự các đầu tường nâng lên và các bề mặt chẵn giữa điểm nối và đầu tường.Tuy nhiên, đối với tất cả các mẫu có góc nhọn, một vết lõm hình thành ở giữa điểm nối, kết hợp với một chỗ phình ra ở bên trong góc.Chỗ lõm sâu nhất đối với các mẫu có góc 30°, Hình 6c, và thể hiện sự tích tụ của các hạt bám dính.
Các đặc điểm cấu trúc này tương quan với ba vị trí quan tâm chính, được hiển thị trong Hình 1, và có thể được phân loại thành: vùng giữa, điểm quay vòng của tường và vùng tiếp giáp.Điểm đặc biệt của các đặc điểm cấu trúc này chỉ xảy ra tương ứng với góc giao nhau chứ không phải chiều cao thiết kế, với các mẫu 5 mm và 20 mm thể hiện địa hình bề mặt gần giống nhau.Điều này chỉ ra rằng việc bắt đầu mỗi lớp tính năng bắt đầu sớm trong quá trình xây dựng.Các khu vực ở giữa, nơi bể tan chảy đi theo đường thẳng với tốc độ không đổi, minh họa cho sự lắng đọng ở trạng thái ổn định với ít ảnh hưởng từ các phần khác của công trình và giống như việc tạo ra một bức tường mỏng rộng hai rãnh với 50% chồng chéo.Các điểm quay vòng nằm ở cuối mỗi đoạn tường nơi đầu lắng sẽ đảo hướng và quay trở lại rãnh liền kề, làm tăng thời gian lắng đọng vật liệu ở vùng lân cận dẫn đến tích tụ vật liệu và nhiệt ở những điểm này. địa điểm.Điểm nối của các bức tường là vùng thứ ba và có nhiều biến đổi nhất trong các vùng cần phân tích.
Không giống như các vùng ở giữa và các điểm quay vòng, tương tự nhau đối với tất cả các mẫu, vùng tiếp giáp thể hiện hình thái khác nhau tùy thuộc vào góc giao nhau giữa các bức tường.Phần mềm cắt DCAM được sử dụng để tạo đường chạy dao cho các mẫu từ mô hình CAD sẽ tự động tạo các góc bo giữa các bức tường và do đó, tùy thuộc vào góc giao nhau, các góc bo sẽ thay đổi mức độ chồng chéo của các điểm laser và bột trong vùng tiếp giáp.Trong các mẫu 90°, phần chồng lên nhau được phân tán đều và có sự thay đổi chiều cao tối thiểu ở điểm nối.Trong trường hợp mẫu 60°, góc lượn ở bên trong góc dẫn đến chỗ phình ra của vật liệu dư thừa so với vùng trạng thái ổn định xung quanh.Hơn nữa, một vết lõm cũng hình thành ở trung tâm của điểm nối, nơi mà hiện nay vùng phủ sóng của tia laser và điểm bột đã giảm đi.Cặp chỗ phình và chỗ lõm này được nhấn mạnh trong mẫu 30°, trong đó chỗ lõm sâu hơn cũng chứa sự tích tụ của các hạt tan chảy một phần, tương tự như các hạt được tìm thấy bám vào các cạnh của bức tường mỏng.Điều này cho thấy rằng năng lượng được cung cấp cho vùng này không đủ để làm tan chảy các hạt này một cách hiệu quả, dẫn đến hình thành các khuyết tật bên trong trong vùng này.
Quét micro-CT đã thu được cho tất cả các mẫu được sản xuất.Hình ảnh mặt cắt đại diện từ vùng tiếp giáp của các mẫu có ba góc giao nhau khác nhau được cung cấp trong Hình 7.
So sánh độ xốp nằm ở các vùng tiếp giáp của các mẫu (a) IW1, (b) IW4 và (c) IW7.Mẫu IW7 cho thấy độ xốp gần như liên tục trên toàn bộ trục trung tâm của điểm nối.
Mặc dù một số lỗ chân lông được hình thành ở các mẫu 90° và 60°, Hình 7a, b, nhưng chúng thường phân tán, tròn và nhỏ cả về số lượng và kích thước so với các lỗ hình thành trong các mẫu 30°, Hình 7c.Trong khi lỗ rỗng lớn nhất được phát hiện trong các mẫu 90° có chiều dài xấp xỉ 180 μm thì các lỗ rỗng trong mẫu 30° tạo thành một khoảng trống gần như liên tục dọc theo trục trung tâm của vùng tiếp giáp.Một số cũng có hình thái bất thường, gợi ý thiếu các khuyết tật nhiệt hạch.Sự hiện diện của các hạt bám dính trong vùng lõm của các mẫu 30°, chứ không phải các mẫu 60° cho thấy không đủ nhiệt để xảy ra nóng chảy hoàn toàn, do đó dẫn đến thiếu độ xốp nhiệt hạch như trong Hình 7c.Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng điều này xảy ra do việc fillet tự động của đường chạy dao làm giảm sự chồng chéo tia laser ở giữa mối nối ở các góc giao nhau hẹp hơn và chứng minh rằng điều đó có thể tránh được trong phần “Loại bỏ các khuyết tật của mối nối bằng cách sử dụng đường chạy dao đã sửa đổi”.
Độ xốp ở điểm nối của mẫu 30° xảy ra ở cùng vị trí với chỗ lõm được quan sát trong Hình 6c.Điều này cho thấy rằng độ lõm bề mặt quan sát được trong các mẫu này là dấu hiệu của các khuyết tật bên trong gây ra bởi sự cạn kiệt năng lượng bột và tia laser ở trung tâm của điểm nối.Tuy nhiên, cũng rõ ràng rằng sự hiện diện đơn thuần của một vùng trũng không tạo nên sự hình thành các khoảng trống.Các mẫu 60° biểu hiện một vết lõm nông, nhưng độ xốp của mối nối chỉ tăng nhẹ so với các mẫu 90°.Sự hình thành thực tế của các khuyết tật bên trong phải được xác nhận bằng cách khác bằng cách kiểm tra sau khi lắng đọng (ví dụ: bằng micro-CT như đã thấy trước đó) hoặc bằng cách theo dõi quá trình.
Độ dịch chuyển theo chiều dọc, được đo bằng từng camera trong số hai camera lệch trục, được vẽ dưới dạng hàm của khoảng cách từ điểm bắt đầu của mỗi lớp trong Hình 8.
Dữ liệu theo từng lớp thu được từ lớp cuối cùng bằng hai camera lệch trục trong quá trình sản xuất mẫu IW7.Các tính năng chính đã được xác định và dán nhãn.( a ) Độ dịch chuyển theo chiều dọc so với mặt phẳng tiêu điểm được đo bằng camera 1M (xem dọc theo trục j).(b) Độ dịch chuyển theo chiều dọc so với mặt phẳng tiêu điểm được đo bằng camera 05M (nhìn dọc trục i).(c) Ví dụ về đỉnh quay vòng đối xứng đối với chuyển vị thẳng đứng.Xảy ra khi camera vuông góc với đầu tường.(d) Ví dụ về đỉnh quay vòng không đối xứng.Xảy ra khi camera được căn chỉnh với đầu tường.
Các đặc điểm đặc trưng có thể được xác định trong các biểu đồ dịch chuyển được hiển thị và gán cho ba vị trí quan tâm của các mẫu tường giao nhau.Thứ nhất, vùng giữa của các bức tường mỏng hiển thị giá trị đường cơ sở chủ yếu bằng phẳng, như có thể mong đợi từ sự lắng đọng ở trạng thái ổn định và có thể được nhìn thấy trong Hình 8a, b.Các vùng tương tự có giá trị cơ sở không đổi cũng được quan sát thấy trong các phép đo diện tích bể tan chảy bằng máy ảnh đồng trục (Hình bổ sung S1), mặc dù độ nhiễu từ cảm biến này cao hơn.Rõ ràng từ các camera lệch trục rằng sự lắng đọng ở trạng thái ổn định này xảy ra ở một độ dịch chuyển dương so với mặt phẳng của khoảng cách làm việc của vòi phun.Những phần xây dựng quá mức này ở các khu vực giữa được đo bằng hai camera lệch trục trong khoảng cách 5 mm giữa các đầu tường và vùng tiếp giáp dọc theo bức tường dài hơn và được so sánh với các phép đo lấy từ ảnh chụp micro-CT ở cùng các vị trí.Các giá trị mức tăng quá mức trung bình được cung cấp trong Bảng 3. Có thể thấy rằng trong khi các camera ngoài trục cung cấp các phép đo tương tự, thì dữ liệu micro-CT cung cấp số đo mức tăng quá mức luôn cao gấp đôi ước tính của cả hai máy ảnh ngoài trục.
Lý do chính dẫn đến sự khác biệt giữa các phép đo phần xây dựng quá mức của micro-CT và các ước tính bằng cách theo dõi bể tan chảy có thể là do sự phát triển của hình dạng bản dựng.Khi giá trị cơ bản được lấy cho trọng tâm ở lớp đầu tiên, chất nền phẳng và vùng nóng chảy bị giới hạn ở bề mặt của nó.Khi quá trình xây dựng diễn ra, có khả năng xảy ra hiện tượng tan chảy các lớp trước đó, làm dịch chuyển trọng tâm xuống so với bề mặt xây dựng thực tế.Do đó, mặc dù việc theo dõi trọng tâm cung cấp thông tin tốt cho địa hình bề mặt nhưng nó có thể không nắm bắt được đầy đủ ước tính xây dựng quá mức thực tế nếu không điều chỉnh phần bù này.Đối với các mẫu được tạo ra trong nghiên cứu này, hệ số hiệu chỉnh giá trị không đổi là 2,1 chiếm chính xác phần bù.Tuy nhiên, có thể cần phải làm việc thêm để làm sáng tỏ mối quan hệ sâu hơn giữa vị trí trung tâm và mức tăng chiều cao bề mặt.
Nhìn chung, xu hướng là xây dựng quá mức ngày càng tăng để có chiều cao thiết kế cao hơn, nhưng dự kiến xu hướng này sẽ không tiếp tục tăng không giới hạn, thay vào đó sẽ đạt đến tình trạng xây dựng quá mức ổn định như Donadello và cộng sự đã thảo luận.26.
Có hai loại đặc điểm khác được thể hiện rõ trong Hình 8a, b, là các đỉnh và đáy làm gián đoạn trạng thái ổn định.Các đỉnh quay vòng luôn là giá trị dịch chuyển cao nhất, với các giá trị gần như tương đương giữa cả ba điểm quay vòng, trong các phép đo từ camera lệch trục.Chúng cũng được đặc trưng bởi các giá trị diện tích lớn nhất thu được từ máy ảnh đồng trục (Hình bổ sung S1).Khi kiểm tra kỹ hơn, các đỉnh này có thể được phân loại thêm theo hình dạng đặc trưng của chúng, được chia thành các cặp đôi có thể có hình dạng đối xứng hoặc không đối xứng, như được minh họa trong Hình 8c, d tương ứng.Sự phân tách đỉnh không đối xứng là kết quả của việc tự chặn, xảy ra khi vùng tan chảy di chuyển dọc theo trục quang của máy ảnh.Khi vũng tan chảy di chuyển ra khỏi máy ảnh, phần nóng nhất và lớn nhất của vũng tan chảy bị che khuất một phần bởi phần đuôi của vết đọng, dẫn đến đỉnh phụ thấp hơn.Sau đó, mức tối thiểu cục bộ được hình thành khi bể tan chảy đạt đến cực của bức tường và giảm một phần xuống dưới mép, trở nên bị che khuất hơn nữa khỏi máy ảnh và trải qua sự giảm dịch chuyển theo chiều dọc.Khi vùng tan chảy đảo ngược hướng và di chuyển về phía máy ảnh, vùng tan chảy hiện ở mức lớn nhất trong tầm nhìn của máy ảnh và nhiều vật liệu hơn đã được lắng đọng, dẫn đến đỉnh phụ cao hơn trong cặp đôi.Tương tự, sự phân tách đỉnh đối xứng cũng xảy ra do bể tan chảy nhúng một phần vào mép tường ở các điểm xa nhất, nhưng trong trường hợp này, trục quang học của máy ảnh được căn chỉnh vuông góc với hướng đi ngang của bể tan chảy.Do đó, có rất ít sự khác biệt trong quan điểm về vị trí bể tan chảy và cả hai đỉnh đều có giá trị tương đương.
Liên quan đến sự hình thành khoảng trống tiếp giáp trong các mẫu được bo tròn được mô tả trong phần “Sự hình thành khoảng trống tiếp giáp trong các mẫu được bo tròn”, các đỉnh đơn nhỏ hơn cũng có thể xuất hiện trong một số mẫu.Những điều này thường cho thấy sự hiện diện của chỗ phình ra ở bên trong giao điểm góc giữa các bức tường và do đó không xuất hiện ở các mẫu 90° và thể hiện rõ nhất ở các mẫu 30°.Tùy thuộc vào camera quan sát và hướng di chuyển, đỉnh này có thể bị cô lập hoặc liền kề với một máng sắc.Máng này xuất hiện trong các mẫu có vết lõm ở trung tâm vùng tiếp giáp khi bể tan chảy di chuyển xuống vùng trũng này.Thứ tự của đỉnh và đáy trong các tín hiệu ghép này biểu thị đường đi ngang của điểm laser tại điểm đó, cho dù nó đi qua chỗ phình hay chỗ lõm trước.
Sự xuất hiện của máng cũng được thấy rõ hơn khi xem biểu đồ dịch chuyển dọc ngoài trục, Hình 8a, b, so với biểu đồ diện tích đồng trục (Hình bổ sung S1).Điều này chỉ ra rằng, trong khi diện tích của bể tan chảy có thể giảm khi đi qua vùng trũng, sự thay đổi này là nhỏ so với sự gia tăng rõ rệt về diện tích tại các đỉnh quay vòng, đó là do thời gian cư trú của tia laser tăng lên và độ cao cao hơn ở những điểm này.Khi đi qua vùng trũng, thời gian cư trú không có sự thay đổi so với các vùng giữa, chỉ có sự giảm chuyển vị dọc, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến diện tích biểu kiến của camera đồng trục.Điều này minh họa rằng, trong khi máy ảnh đồng trục có thể giám sát hình dạng của bể tan chảy mà không bị biến dạng phối cảnh và cũng có thể hiển thị rõ ràng vị trí của các điểm quay vòng, thì các đặc điểm hình học khác ít rõ ràng hơn so với các bản ghi bằng trục lệch. máy ảnh.
Những đặc điểm này trong tín hiệu của camera và mối liên hệ của chúng với các hiện tượng vật lý trong các mẫu được sản xuất cho thấy khả năng phát hiện sớm các khuyết tật rỗng.Bằng cách kiểm tra các tín hiệu do nguồn cấp dữ liệu camera tạo ra, có thể xác định sự xuất hiện của các tính năng dữ liệu tương tự ở các lớp thấp hơn trong mẫu và do đó, sớm hơn trong bản dựng.Điều đặc biệt quan tâm là sự hiện diện của rãnh trũng, được chỉ ra trong phần trước có liên quan đến sự hình thành các khoảng trống trong vùng tiếp giáp.Như được trình bày trong Bảng 4, rãnh lõm có thể được xác định ở số lớp sớm tương ứng với tổng số lớp trong mẫu.Cần lưu ý rằng 'Khoảng cách lớp' được báo cáo ở đây là khoảng cách mà bể tan chảy đã di chuyển kể từ khi máy ảnh lần đầu tiên có thể phát hiện ra nó và vị trí bắt đầu của mỗi lớp khác với vị trí bắt đầu của các lớp khác.Một ví dụ về phát hiện sớm được hiển thị cho mẫu IW7 trong Hình 9.
Phát hiện sớm các khuyết tật trong mẫu IW7 (Công suất: 480 W, Tốc độ di chuyển ngang: 800 mm/s).Mặt cắt dọc của mối nối bằng quét micro-CT (với chiều cao gần đúng của mẫu ở lớp 7 được chỉ định) (a), đo diện tích bể tan chảy bằng camera CLAMIR (b), dịch chuyển theo chiều dọc so với mặt phẳng tiêu cự trong camera 1M (c), và 05M camera (d) tất cả đều ở lớp 7. Các điểm chỉ báo rõ ràng nhất về vùng trũng được đánh dấu bằng một vòng tròn màu xanh lá cây trong biểu đồ dịch chuyển dọc.
Bảng 4 cho thấy có thể phát hiện sự hiện diện của vết lõm ở thời điểm đầu trong quá trình sản xuất các mẫu này và dường như có hướng quét ưu tiên để xác định máng đó bằng cả hai camera lệch trục.Việc phát hiện sớm nhất luôn xảy ra trên một lớp có số lẻ, với tia laser di chuyển ngược chiều kim đồng hồ;do đó, camera 05M đang quan sát phần đuôi của bể tan chảy khi nó đi qua quá trình quét liên tục của phần tường dài.Do đó, khi bể tan chảy đạt đến vùng trũng, mặt trước của bể tan chảy bị che khuất một phần và sự sụt giảm ở vị trí trung tâm sẽ rõ ràng hơn đối với máy ảnh.Trên các lớp được đánh số chẵn, vùng tan chảy sẽ di chuyển về phía camera 05M và mặt trước sáng của vùng tan chảy làm tăng kích thước của hạt được phát hiện, làm giảm độ nhạy của việc theo dõi vị trí trung tâm.
Ảnh chụp micro-CT của mẫu, Hình 9a, xác nhận rằng một khoảng trống đã hình thành tại vị trí vết lõm được phát hiện.Trong trường hợp mẫu IW7, lần phát hiện vết lõm đầu tiên xảy ra ở lớp 7, trong đó chiều cao dự kiến của mẫu và do đó mặt phẳng tiêu cự đã tăng lên 1,5 mm so với bề mặt.Máng được phát hiện ở đây bởi cả camera 1M và 05M, Hình 9c, d cho thấy độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng 0,1 mm so với mặt phẳng này.Như được minh họa trong Hình 9a, lỗ rỗng nằm ở độ cao 1,6 mm so với chất nền, tuy nhiên, lỗ rỗng này không phải là lỗ lớn nhất và cũng không phải là lỗ đầu tiên xuất hiện cho đến thời điểm này.Điều này cho thấy có thể có một độ cao tối thiểu cần thiết để phần thân của mẫu đạt tới trước khi phát hiện được chỗ lõm.Hình 9b hiển thị dữ liệu được thu thập bởi camera đồng trục trong cùng một lớp và mặc dù khuyết tật lỗ chân lông không rõ ràng trong dữ liệu này, nhưng các đỉnh sắc nét nhìn thấy tương ứng với các vị trí quay vòng nơi vùng tan chảy lớn hơn trong chế độ xem của máy ảnh .
Để hiểu thông tin thu được từ hệ thống giám sát, phải thừa nhận các hạn chế và điều kiện quan sát của camera.
Một hạn chế quan trọng của máy ảnh đồng trục là khẩu độ vòi phun hạn chế trường nhìn (FOV) ở vùng có đường kính khoảng 5 mm.Do đó, FOV có thể xác định đường kính điểm laser được sử dụng để xử lý.Dựa trên các nghiên cứu nội bộ, kích thước điểm laze được sử dụng có đường kính 1,5 mm, cho phép nhìn thấy đuôi bể tan chảy trong khẩu độ trong hầu hết các điều kiện.Một hạn chế nữa của camera đồng trục là ánh sáng hồng ngoại có thể bị phản xạ và tán xạ từ bên trong vòi, tạo ra một vòng ánh sáng xung quanh vùng quan tâm mong muốn, như trong Hình 2b, có thể cản trở việc phân tích hình ảnh.Điều này cũng áp đặt một giới hạn mềm về mật độ năng lượng áp dụng cho vùng xử lý.Mật độ năng lượng cao hơn dẫn đến nhiệt độ bể tan chảy cao hơn và kích thước lớn hơn.Điều này cũng làm tăng lượng bức xạ hồng ngoại được phản xạ bởi bên trong vòi phun và làm giảm thêm FOV cho máy ảnh.Tương tự, đuôi bể tan chảy dài hơn cũng có thể được cắt ngắn.Do đó, mặc dù chế độ xem đồng trục không bị biến dạng là thuận lợi cho các phép đo hình học và diện tích bể tan chảy chính xác ở kích thước bể tan chảy nhỏ hơn, nhưng bất kỳ phần mở rộng nào của các tham số xử lý ngoài phạm vi giới hạn đều yêu cầu bổ sung ít nhất một camera ngoài trục khác.
Máy ảnh lệch trục có thể bị biến dạng phối cảnh, như đã thảo luận trong phần “Hiệu chỉnh hình học”, điều này phải được tính đến.Hơn nữa, việc quan sát bể tan chảy từ một góc có thể dẫn đến việc chặn tạm thời hoặc một phần bể tan chảy trong quá trình lắng đọng.Việc chặn có thể xảy ra do các vật thể khác trong môi trường xây dựng, chẳng hạn như vòi lắng đọng hoặc các khu vực khác của cùng một mẫu.
Vấn đề biến dạng phối cảnh trong một máy ảnh lệch trục có thể được minh họa bằng cách so sánh chiều dài bể tan chảy được đo trong cấu hình (hướng di chuyển của bể tan chảy thẳng hàng với trục camera) và trong chiều ngang (hướng di chuyển của bể tan chảy vuông góc với trục máy ảnh).Lấy lớp đầu tiên, để loại bỏ ảnh hưởng của việc tăng trưởng quá mức của bộ phận đối với các phép đo, của mẫu IW2 làm ví dụ.Khi vùng tan chảy ở dạng nghiêng, di chuyển về phía máy ảnh Optris 1M, chiều dài trung bình trên đoạn kéo dài 10 mm là khoảng 1,9 mm (điều chỉnh cho góc phối cảnh), trong khi chế độ xem không bị biến dạng của Optris 05M và CLAMIR đo giá trị này là 1,6 mm và 1,3 mm tương ứng.Tương tự, theo cùng một hướng, chiều rộng bể tan chảy được đo trong cấu hình không bị biến dạng bởi máy ảnh Optris 1M là 1,3 mm, phù hợp với phép đo CLAMIR là 1,3 mm, trong khi chế độ xem bị biến dạng của máy ảnh Optris 05M đo chiều rộng ở mức 2,4 mm.
Nói chung, nếu hiện tượng tự chặn không xảy ra (tức là lắng đọng phía sau rãnh liền kề đã được đặt trước đó), phép đo chiều dài hoặc chiều rộng dọc theo trục y của hình ảnh đối với các camera có góc cạnh thường đưa ra đánh giá quá cao về cùng các giá trị được đo bởi camera đồng hành dọc theo một máy ảnh bị ảnh hưởng không bị biến dạng.Tuy nhiên, điều này ngày càng trở nên phức tạp với hình dạng của bộ phận, do đó càng củng cố sự cần thiết phải có nhiều camera để ghi lại các phép đo dọc theo nhiều trục.
Để xác nhận rằng việc phát hiện bằng camera không chỉ là tạo tác của góc giao nhau và sự hình thành các khuyết tật khoảng trống ở điểm nối đã xảy ra do quy hoạch đường chạy dao của các điểm giao nhau góc hẹp, một bộ mẫu tiếp theo đã được tạo ra với các đường chạy dao được sửa đổi để loại bỏ các đường chạy dao đã được sửa đổi. phi lê ở ngã tư.Về mặt lý thuyết, việc sửa đổi này sẽ duy trì mức độ chồng chéo điểm laser nhất quán hơn tại điểm nối so với các mẫu ban đầu.Tất cả các mẫu sửa đổi này đều được sản xuất ở cùng độ cao thiết kế là 20 mm, vì chỉ nghiên cứu sự hình thành các khuyết tật ở mối nối và các mẫu trước đó đã chỉ ra rằng các mẫu này không bị ảnh hưởng bởi chiều cao thiết kế mẫu.Hình ảnh địa hình được thu được cho các vùng tiếp giáp bằng kính hiển vi kỹ thuật số Keyence và micro-CT được thực hiện trên các mẫu với kết quả được trình bày trong Hình 10.
So sánh vùng tiếp giáp trong các mẫu 30° với hình ảnh địa hình của (a) gốc, IW7 và (b) đã sửa đổi, IW7-Mod, đường chạy dao được chụp bằng kính hiển vi kỹ thuật số 3D Keyence VHX-5000 ở độ phóng đại × 50.Hình ảnh Micro-CT hiển thị mặt cắt ngang của vùng tiếp giáp trong IW7-Mod không có độ xốp giống như trong IW7.Vùng tiếp giáp được đánh dấu ở cả (a, b) cho thấy không có vết lõm trong mẫu IW7-Mod.
Các mẫu đường chạy dao đã sửa đổi có bề mặt tương tự như các mẫu ban đầu, ngoại trừ việc không có vết lõm ở tâm điểm nối, như có thể thấy trong phần so sánh của Hình 10a, b, mặc dù vẫn thấy một chỗ phình ra trên phần bên trong của các giao điểm góc cho các mẫu 60° và 30°.
Việc kiểm tra các tín hiệu được trích xuất từ thiết lập giám sát cũng không cho thấy dấu hiệu nào của sự hình thành vết lõm trong các mẫu đường chạy dao đã sửa đổi nhưng cho thấy sự hình thành chỗ phình vẫn xảy ra trong các mẫu 60° và 30°.Khi kiểm tra kết quả micro-CT, cuối cùng, kết quả không có khuyết tật ở vùng tiếp giáp của các mẫu 30° đã được xác nhận, Hình 10c.Cùng với nhau, những quan sát của các mẫu được sửa đổi này minh họa cho hai phát hiện quan trọng.
Đầu tiên, cơ chế hình thành các khuyết tật khoảng trống trong mối nối được phát hiện là kết quả của đường chạy dao làm suy giảm mối nối của cả bức xạ laser và nguyên liệu thô, dẫn đến giảm sự lắng đọng vật liệu.Do đó, việc lập kế hoạch đường chạy dao phải xem xét tác động của việc giảm sự chồng chéo tại các vùng tiếp giáp trong các bộ phận có hình học phức tạp.Các góc giao nhau nhỏ hơn 60° có thể làm tăng mức độ xốp nếu các góc bo tròn ngăn chặn sự chồng chéo hoàn toàn của các lối đi.Vì các góc bo tròn là một phương pháp giảm thiểu các góc nhọn trong hình học nên việc loại bỏ chúng khỏi các bộ phận kết cấu thường là không thực tế, nếu không các bộ phận có thể gặp rủi ro hỏng hóc cao hơn do mỏi hoặc nứt37.Do đó, các phương pháp khác để đảm bảo tan chảy hoàn toàn tại các nút giao có góc hẹp phải được xem xét, tùy thuộc vào thiết kế dự định.Những biện pháp này có thể bao gồm việc kết hợp quét bổ sung bên trong tại tâm điểm giao nhau, miễn là việc này không làm tăng quá mức nhiệt và tích tụ vật liệu tại vị trí này.Ngoài ra, có thể đề xuất rằng nên thay đổi đường chạy dao để tăng khoảng cách từ điểm giao nhau nơi thực hiện các đường chạy dao, giảm tác động của việc tăng thời gian cư trú laser trong vùng giao nhau.Điều này có thể được kết hợp với việc quét bên trong để củng cố thêm mối nối;tuy nhiên, điều này sẽ phải trả giá bằng việc tăng thời gian, trọng lượng và vật liệu.
Thứ hai, việc phát hiện vết lõm này trong hệ thống theo dõi dựa trên hình ảnh được chứng minh là không phân biệt góc giao nhau và không có tạo tác nào trong hình ảnh có thể được coi là cung cấp mối tương quan sai giữa tín hiệu góc và vết lõm.
Công trình này trình bày một hệ thống dựa trên tầm nhìn hồng ngoại đa trục để giám sát tại chỗ sự lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser bằng ba camera.Một khung xử lý video để theo dõi sự phát triển của bể tan chảy trong suốt quá trình lắng đọng nhằm trích xuất thông tin hình học và chuyển vị được mô tả.Người ta chứng minh rằng những biến động trong giám sát chuyển vị dọc có thể phát hiện sự hình thành các đặc điểm cấu trúc, chẳng hạn như chỗ lõm và chỗ phình ra, trong các cấu trúc có thành mỏng chứa các bức tường giao nhau ở các góc khác nhau.Những ưu điểm của giám sát đa cảm biến trong việc phát hiện và xác định các tính năng này đã được thể hiện, với các tính năng được nhận dạng độc lập trên nhiều cấu hình cảm biến, đồng thời cung cấp thông tin quy trình khác nhau.
Người ta đã chứng minh rằng sự chồng lấp các điểm laser giảm do tự động bo góc trong lập kế hoạch đường chạy dao, tạo ra các vùng có chất lượng lắng đọng giảm biểu hiện bằng hiện tượng lõm bề mặt, dẫn đến hình thành khuyết tật bên trong, nổi bật nhất ở các mẫu có giao điểm 30°.Sự phổ biến của độ xốp bên trong này được chứng minh bằng micro-CT.Tương tự như vậy, việc sửa đổi đường chạy dao để loại bỏ các góc bo tự động được hiển thị để loại bỏ độ xốp bên trong này.Các tín hiệu tương ứng với độ lõm bề mặt được xác định bằng thuật toán và làm nổi bật khả năng phát hiện khuyết tật sớm của hệ thống, chẳng hạn như trong các mẫu có giao điểm 30°.Điều này cho phép tích hợp hệ thống cảnh báo sớm nội tuyến để phát hiện sự hình thành khuyết tật và đặc điểm hình học, hệ thống này sẽ được triển khai trong công việc trong tương lai.Cuối cùng, nên lập kế hoạch đường chạy dao cho các hình học phức tạp với các góc giao nhau hẹp, hãy xem xét ảnh hưởng của việc phi lê đối với bức xạ laser của các bộ phận.
Các công việc trong tương lai sẽ mở rộng kết quả của nghiên cứu này bằng cách phân tích mối quan hệ giữa các số liệu được trích xuất khác và trạng thái lỗi tiềm ẩn trong các mẫu được ký gửi.Với việc tinh giản và lấy mẫu truyền dữ liệu xuống, hệ thống này có thể được hiện thực hóa để theo dõi thời gian thực.
Các bộ dữ liệu được tạo và/hoặc phân tích trong nghiên cứu hiện tại không được công khai vì chúng hiện đang được đánh giá như một phần của các nghiên cứu sâu hơn và cũng do định dạng tệp độc quyền của nhiều tệp video được ghi lại.Dữ liệu sẽ được cung cấp từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Blakey-Milner, B. và cộng sự.Sản xuất bồi đắp kim loại trong hàng không vũ trụ: Đánh giá.Mẹ ơi.Des.209, 110008. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008 (2021).
Bài viết CAS Google Scholar
Salmi, M. Quy trình sản xuất phụ gia trong ứng dụng y tế.Tài liệu 14, 191 (2021).
Bài viết CAS PubMed PubMed Central ADS Google Scholar
Hensley, C. và cộng sự.Lộ trình đánh giá chất lượng cho các thành phần được sản xuất bổ sung cho các ứng dụng hạt nhân.J. Nucl.Mẹ ơi.548, 152846. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.152846 (2021).
Bài viết CAS Google Scholar
Thompson, SM, Bian, L., Shamsaei, N. & Yadollahi, A. Tổng quan về lắng đọng laser trực tiếp cho sản xuất bồi đắp;Phần I: Hiện tượng vận chuyển, mô hình hóa và chẩn đoán.Thêm vào.Sản xuất.8, 36–62.https://doi.org/10.1016/j.addma.2015.07.001 (2015).
Bài viết Học giả Google
Tan Zhi'En, E., Pang, JHL & Kaminski, J. Sự lắng đọng năng lượng theo hướng xây dựng các hiệu ứng kiểm soát quá trình đối với cấu trúc vi mô và hành vi đứt gãy do kéo.J. Mater.Quá trình.Technol.294, 117139. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117139 (2021).
Bài viết CAS Google Scholar
du Plessis, A., Yadroitsava, I. & Yadroitsev, I. Ảnh hưởng của khuyết tật đến tính chất cơ học trong sản xuất bồi đắp kim loại: Đánh giá tập trung vào những hiểu biết sâu sắc về chụp cắt lớp tia X.Mẹ ơi.Des.187, 385. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108385 (2020).
Bài viết CAS Google Scholar
Scharowsky, T., Bauereiß, A. & Körner, C. Ảnh hưởng của chiến lược ấp trứng đến sự hợp nhất trong quá trình nấu chảy chùm tia điện tử chọn lọc của Ti–6Al–4V.Int.J. Khuyến cáo.Sản xuất.Technol.92, 2809–2818.https://doi.org/10.1007/s00170-017-0375-1 (2017).
Bài viết Học giả Google
Shao, J. và cộng sự.Sơ đồ quy trình và cửa sổ xử lý tối ưu dựa trên các đặc điểm hình thái ba chiều trong quá trình lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser của hợp kim gốc Ni.Opt.Công nghệ Laser.142, 107162. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107162 (2021).
Bài viết CAS Google Scholar
Chen, Y. và cộng sự.Hình ảnh tia X Synchrotron của quá trình sản xuất phụ gia lắng đọng năng lượng định hướng của hợp kim titan Ti-6242.Thêm vào.Sản xuất.41, 101969. https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.101969 (2021).
Bài viết CAS Google Scholar
Svetlizky, D. và cộng sự.Sản xuất phụ gia lắng đọng năng lượng định hướng (DED): Đặc điểm vật lý, khiếm khuyết, thách thức và ứng dụng.Mẹ ơi.Hôm nay 49, 271–295.https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.03.020 (2021).
Bài viết CAS Google Scholar
Bontha, S. Ảnh hưởng của các biến quy trình lên cấu trúc vi mô trong vật liệu lắng đọng bằng laser Luận án Tiến sĩ Triết học (Tiến sĩ), Đại học bang Wright (2006).
Shamsaei, N., Yadollahi, A., Bian, L. & Thompson, SM Tổng quan về lắng đọng laser trực tiếp cho sản xuất bồi đắp;Phần II: Hành vi cơ học, tối ưu hóa và kiểm soát tham số quá trình.Thêm vào.Sản xuất.8, 12–35.https://doi.org/10.1016/j.addma.2015.07.002 (2015).
Bài viết Học giả Google
Herzog, T., Brandt, M., Trinchi, A., Sola, A. & Molotnikov, A. Giám sát quy trình và học máy để phát hiện khuyết tật trong sản xuất bồi đắp kim loại dựa trên laser.J. Trí tuệ.Sản xuất.https://doi.org/10.1007/s10845-023-02119-y (2023).
Bài viết Học giả Google
Hagenlocher, C. và cộng sự.Trong quá trình giám sát cấu hình nhiệt trong quá trình hóa rắn trong quá trình lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser của nhôm.Thêm vào.Sản xuất.Lett.3, 100084. https://doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100084 (2022).
Bài viết Học giả Google
Phong, S. và cộng sự.Dự đoán các khuyết tật của phản ứng tổng hợp lớp bột laser thông qua dữ liệu giám sát trong quá trình và học máy.Mẹ ơi.Des.222, 111115. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111115 (2022).
Bài viết Học giả Google
Friel, RJ & Harris, RA Sản xuất phụ gia siêu âm—Một quy trình sản xuất kết hợp dành cho các sản phẩm chức năng mới.Quy trình CIRP 6, 35–40.https://doi.org/10.1016/j.procir.2013.03.004 (2013).
Bài viết Học giả Google
Zhao, C. và cộng sự.Giám sát thời gian thực quá trình tổng hợp giường bột bằng laser bằng cách sử dụng hình ảnh tia X và nhiễu xạ tốc độ cao.Khoa học.Dân biểu 7, 2. https://doi.org/10.1038/s41598-017-03761-2 (2017).
Bài viết CAS ADS Google Scholar
Baumgartl, H., Tomas, J., Buettner, R. & Merkel, M. Một mô hình dựa trên học sâu để phát hiện khuyết tật trong phản ứng tổng hợp giường bột laser bằng cách sử dụng giám sát nhiệt độ tại chỗ.Ăn xin.Thêm vào.Sản xuất.https://doi.org/10.1007/s40964-019-00108-3 (2020).
Bài viết Học giả Google
Gonzalez-Val, C., Pallas, A., Panadeiro, V. & Rodriguez, A. Một cách tiếp cận tích hợp để giám sát chất lượng cho sản xuất laser.J. Trí tuệ.Sản xuất.31, 789–795.https://doi.org/10.1007/s10845-019-01495-8 (2020).
Bài viết Học giả Google
Jeon, I., Yang, L., Ryu, K. & Sohn, H. Ước tính độ sâu bể tan chảy trực tuyến trong quá trình lắng đọng năng lượng trực tiếp bằng camera hồng ngoại đồng trục, máy quét tia laser và mạng lưới thần kinh nhân tạo.Thêm vào.Sản xuất.47, 102295. https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102295 (2021).
Bài viết Học giả Google
Borovkov, H. và cộng sự.Kỹ thuật đo chiều cao nội tuyến cho các quá trình lắng đọng năng lượng có định hướng.J. Manuf.Mẹ ơi.Quá trình.5, 85 (2021).
Học giả Google CAS
Lu, Y., Sun, G., Xiao, X. & Mazumder, J. Đo ứng suất trực tuyến trong quá trình sản xuất bồi đắp kim loại được hỗ trợ bằng laser.Khoa học.Dân biểu 9, 1. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39849-0 (2019).
Bài viết CAS Google Scholar
Stehmar, C., Gipperich, M., Kogel-Hollacher, M., Velazquez Iturbide, A. & Schmitt, RH Chụp cắt lớp kết hợp quang học nội tuyến để theo dõi quá trình đa hướng trong quy trình LMD-w đồng trục.ứng dụng.Khoa học.12, 2701 (2022).
Bài viết CAS Google Scholar
Becker, D. và cộng sự.Ảnh hưởng của quá trình lắng đọng dây kim loại laser được điều khiển vòng kín của S Al 5356 đến chất lượng của các bộ phận được sản xuất trước và sau khi gia công tiếp theo.Sản phẩm.Anh.https://doi.org/10.1007/s11740-021-01030-w (2021).
Bài viết Học giả Google
Donadello, S., Motta, M., Demir, AG & Previtali, B. Giám sát chiều cao lắng đọng kim loại bằng laser bằng phương pháp tam giác laser đồng trục.Opt.Laser Eng.112, 136–144.https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2018.09.012 (2019).
Bài viết Học giả Google
Donadello, S., Furlan, V., Demir, AG & Previtali, B. Sự tương tác giữa hiệu suất bắt bột và chiều cao lớp trong quá trình lắng đọng kim loại laser tự ổn định.Opt.Laser Eng.149, 106817. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2021.106817 (2022).
Bài viết Học giả Google
Ocylok, S. và cộng sự.Mối tương quan giữa hình dạng bể tan chảy và các thông số quy trình trong quá trình lắng đọng kim loại bằng laser bằng cách giám sát quy trình đồng trục.Vật lý.Thủ tục 56, 228–238.https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.167 (2014).
Bài viết QUẢNG CÁO Google Scholar
Ye, J. và cộng sự.Dự đoán các dấu hiệu hình học của bể tan chảy tại chỗ thông qua các kỹ thuật học máy để lắng đọng kim loại bằng laser.Int.J. Tích hợp máy tính.Sản xuất.https://doi.org/10.1080/0951192X.2022.2048422 (2022).
Bài viết Học giả Google
Liu, FQ, Wei, L., Shi, SQ & Wei, HL Về các loại tính năng xây dựng trong quá trình lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser nhiều lớp.Thêm vào.Sản xuất.36, 101491. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101491 (2020).
Bài viết CAS Google Scholar
Wei, HL, Liu, FQ, Liao, WH & Liu, TT Dự đoán các biến đổi không gian theo thời gian của cấu hình trầm tích và các khoảng trống giữa các rãnh trong quá trình lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser.Thêm vào.Sản xuất.34, 101219. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101219 (2020).
Bài viết Học giả Google
Công nghệ, NI (Công nghệ hồng ngoại mới, 2020).
Boivineau, M. và cộng sự.Tính chất nhiệt lý của hợp kim Ti-6Al-4V (TA6V) rắn và lỏng.Int.J. Nhiệt học.27, 507–529.https://doi.org/10.1007/PL00021868 (2006).
Bài viết CAS ADS Google Scholar
Optris.Dữ liệu kỹ thuật Optris PI 1M.https://www.optris.com/en/product/infrared-Cameras/pi-series/pi-1m/.Đã truy cập vào năm 2023.
Optris.Dữ liệu kỹ thuật Optris PI 05M.https://www.optris.com/en/product/infrared-Cameras/pi-series/pi-05m/.Đã truy cập vào năm 2023.
Haley, JC và cộng sự.Ổn định thụ động khoảng cách làm việc trong sản xuất phụ gia lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser.Mẹ ơi.Des.161, 86–94.https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.11.021 (2019).
Bài viết CAS Google Scholar
Phiên bản MATLAB: 9.12.0.1884302 (2022a) (The Mathworks, Inc., 2022).
Diegel, O., Nordin, A. & Motte, D. Hướng dẫn thực hành về thiết kế cho sản xuất bồi đắp (Springer, 2019).
Đặt sách Google Scholar
Tải tài liệu tham khảo
Các tác giả xin ghi nhận sự hỗ trợ kỹ thuật được cung cấp bởi đội ngũ nhân viên tại Cơ sở Sản xuất Kỹ thuật số (DMF) của Đại học RMIT để chuẩn bị mẫu và loại bỏ khỏi chất nền.Các tác giả cũng xin ghi nhận sự hỗ trợ của Tiến sĩ Sheridan Mayo, Emma Regos và Sherman Wong tại CSIRO trong việc tiến hành quét micro-CT của các mẫu được sản xuất.
Trường Kỹ thuật, Trung tâm Sản xuất Phụ gia, Đại học RMIT, Melbourne, VIC, 3000, Úc
T. Herzog, M. Brandt, C. Hagenlocher & A. Molotnikov
CSIRO Manufacturing, Clayton, VIC, 3168, Úc
T. Herzog, A. Trinchi & A. Sola
Bạn cũng có thể tìm kiếm tác giả này trong PubMed Google Scholar
Bạn cũng có thể tìm kiếm tác giả này trong PubMed Google Scholar
Bạn cũng có thể tìm kiếm tác giả này trong PubMed Google Scholar
Bạn cũng có thể tìm kiếm tác giả này trong PubMed Google Scholar
Bạn cũng có thể tìm kiếm tác giả này trong PubMed Google Scholar
Bạn cũng có thể tìm kiếm tác giả này trong PubMed Google Scholar
TH: Viết—Bản thảo gốc, Phần mềm, Phương pháp luận, Điều tra.MB: Giám sát, Tài nguyên, Viết—Đánh giá & Chỉnh sửa.AT, AS: Giám sát, Viết—Đánh giá & Chỉnh sửa.CH: Viết—Ôn tập & Chỉnh sửa, Phương pháp luận.AM: Giám sát, Phương pháp luận, Viết—Đánh giá & Chỉnh sửa.
Thư từ của T. Herzog hoặc A. Molotnikov.
Giáo sư Andrey Molotnikov là đồng tác giả của bản thảo này và là người biên tập tuyển tập này.Không ai trong số các tác giả khác có lợi ích cạnh tranh để tuyên bố.
Springer Nature vẫn trung lập đối với các yêu cầu về quyền tài phán trong các bản đồ được xuất bản và các tổ chức liên kết.
Truy cập Mở Bài viết này được cấp phép theo Giấy phép Quốc tế Creative Commons Ghi công 4.0, cho phép sử dụng, chia sẻ, chuyển thể, phân phối và sao chép dưới bất kỳ phương tiện hoặc định dạng nào, miễn là bạn ghi công phù hợp cho (các) tác giả gốc và nguồn, cung cấp liên kết tới giấy phép Creative Commons và cho biết liệu các thay đổi có được thực hiện hay không.Các hình ảnh hoặc tài liệu của bên thứ ba khác trong bài viết này được bao gồm trong giấy phép Creative Commons của bài viết, trừ khi có quy định khác trong hạn mức tín dụng cho tài liệu.Nếu tài liệu không có trong giấy phép Creative Commons của bài viết và mục đích sử dụng dự định của bạn không được quy định pháp luật cho phép hoặc vượt quá mức sử dụng được phép, bạn sẽ cần phải xin phép trực tiếp từ người giữ bản quyền.Để xem bản sao của giấy phép này, hãy truy cập http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
In lại và cho phép
Herzog, T., Brandt, M., Trinchi, A. và cộng sự.Phát hiện khuyết tật bằng cách giám sát quá trình hồng ngoại đa trục của quá trình lắng đọng năng lượng theo hướng chùm tia laser.Đại diện khoa học 14, 3861 (2024).https://doi.org/10.1038/s41598-024-53931-2
Tải xuống trích dẫn
Đã nhận: ngày 22 tháng 6 năm 2023
Được chấp nhận: 06 tháng 2 năm 2024
Đã xuất bản: ngày 16 tháng 2 năm 2024
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-53931-2
Bất kỳ ai được bạn chia sẻ liên kết sau đều có thể đọc nội dung này:
Rất tiếc, hiện không có liên kết có thể chia sẻ cho bài viết này.
Được cung cấp bởi sáng kiến chia sẻ nội dung Springer Nature SharedIt
Bằng cách gửi nhận xét, bạn đồng ý tuân theo Điều khoản và Nguyên tắc cộng đồng của chúng tôi.Nếu bạn thấy nội dung nào đó lạm dụng hoặc không tuân thủ các điều khoản hoặc nguyên tắc của chúng tôi, vui lòng gắn cờ nội dung đó là không phù hợp.
Bộ sưu tập
Báo cáo khoa học (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (trực tuyến)
Sàng lọc tia X di động Đăng ký nhận bản tin Tóm tắt về Thiên nhiên - những vấn đề quan trọng trong khoa học, miễn phí gửi đến hộp thư đến của bạn hàng ngày.