激光粉末床熔融工艺中熔池形态的连续综合监测——基于真实打印场景

摘要整理

在激光粉末床熔融（LPBF）增材制造中，熔池（MP）特征是工艺缺陷和零件缺陷的关键指标。例如，激光扫描在铺粉板上的位置会因打印机的f-θ光学系统而略微改变熔池的尺寸和形状；激光扫描参数的变化可导致熔池信号变化，可能指示缺乏融合和钥孔孔洞等工艺缺陷。然而，这些工艺参数对熔池监测（MPM）信号和零件性能的影响尚未充分理解，特别是在多层大型零件打印过程中。本研究旨在综合评估真实打印场景下熔池信号（位置、强度、尺寸和形状）的动态变化——在铺粉板不同位置采用各种打印工艺参数打印多层物体。为此，我们为商用LPBF打印机（EOS M290）开发了基于同轴高速摄像机的熔池监测系统，可在多层零件打印全程连续捕获熔池图像。实验数据和结果表明，熔池图像在摄像机传感器上的位置并非如文献所报道的那样固定不变，而是部分受扫描位置影响。其与工艺偏差或零件缺陷的关联性需进一步确定。此外，熔池图像轮廓能显著反映打印工艺条件的变化。所开发的系统和分析方法可用于建立熔池图像信号的综合特征库，实现在线工艺诊断和零件性能预测，从而确保LPBF工艺的质量保证和控制。

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