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電子加工新聞

高像素相機精確監控L-PBF過程熔池變化

星之球科技 來源:Ringier2021-07-30 我要評論(0 )   

如今,在像飛機和醫療器械這樣的高精密機械行業中,使用激光粉末床融合(L-PBF)技術制造金屬零件變得愈加普遍。L-PBF允許直接從CAD模型生成非常復雜的幾何形狀。然而由...

如今,在像飛機和醫療器械這樣的高精密機械行業中,使用激光粉末床融合(L-PBF)技術制造金屬零件變得愈加普遍。L-PBF允許直接從CAD模型生成非常復雜的幾何形狀。然而由于層工藝的性質,諸如孔隙率之類的缺陷會在組件生產過程中顯現出來。


為了滿足嚴格的安全認證要求,比利時洛默爾制造科學中心Flanders Make的研究人員通過將Mikrotron EoSens 3CL三百萬像素相機加入材料加工過程,以更好地了解增材制造過程中熔池的表現和穩定性。


L-PBF是一種增材制造形式,使用激光將金屬粉末熔化并融合在一起以制造功能性組件。金屬粉末散布在構建層上,厚度一般是0.1mm,逐層制造直到達到所需的組件尺寸。從本質上講,L-PBF是許多單獨堆疊的焊縫組合,重疊和熔深深度決定了最終零件的密度和質量。任何缺陷的出現都會導致機械性能發生改變,從而加快零件報廢的速度。


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對于缺陷問題,工程師過去采取既耗時又成本低效的后期生產質量控制技術,例如使用X射線計算機斷層掃描以確保最終組件符合規格。Flanders Make的研究人員試圖為昂貴的熔池深度、寬度估計方法,創造另一種經濟可行的替代方案。


Flanders Make研究團隊采用的成像系統主要是Mikrotron相機和大面積硅光電二極管傳感器。傳感器可以在800nm-950nm范圍內實現帶通過濾,以防止任何環境光和激光干擾測量。該系統是使用基于FPGA的定制圖像采集卡構建,該圖像采集卡與光纖耦合網絡連接存儲相連。


該網絡連接存儲配備了具備RAID 0的4塊1TB固態磁盤,可實現高達1 GB/s的可持續數據傳輸速率和4TB的總容量。Mikrotron EoSens 3CL相機接口是“完整”配置的Camera link,數據傳輸速率高達850 MB/s。


在平衡光線、分辨率和幀速率后,研究人員將相機的采集速度設置為每秒2萬幀。捕獲的圖像為8位灰度圖像,尺寸為120×120像素。校準后的像素大小是11.8μm,從而實現1416×1416μm的視域。由于熔池尾部發生飛濺或破裂,一幀可能包含多個對象,因此圖像處理的第一步是過濾掉熔池輪廓。對此,研究人員通過結合使用Sobel濾波器的邊緣檢測和激光的相對位置來完成。


研究人員在系統測試中發現,測得的熔池寬度和預測深度與加工參數范圍內的金相測量結果相符。這種非破壞性測試確定熔池尺寸的能力非常有用,尤其在快速確定合適的加工參數窗口方面。在配備NVIDEA QUADRO M4000計算機上,處理所有數據和生成圖像過程所需的時間不到5分鐘。5分鐘之內大約有2分鐘是用于圖像處理,平均每幀圖像的處理時間約為0.5毫秒。與使用標準技術生成處理圖像相比,這種方法的處理時間幾乎可以忽略不計。


Flanders Make團隊采用的方法,為使用L-PBF生產出應用于高端行業的嚴格質量和可重復性標準零件提供了切實可行的解決方案。隨著進一步的改進,研究人員相信這種圖像成形方法可以應用到其他增材制造或者是傳統材料加工技術,如電子束、激光和電子束焊接/切割等。


RAID 0又稱為Stripe或Striping,它代表了所有RAID級別中最高的存儲性能。RAID 0提高存儲性能的原理是把連續的數據分散到多個磁盤上存取,這樣,系統有數據請求就可以被多個磁盤并行的執行,每個磁盤執行屬于它自己的那部分數據請求。


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制造業激光激光技術

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