使用激光粉末床熔炼或“L-PBF”制造的金属部件在航空航天和医疗工业中得到应用。L-PBF用于直接从CAD模型生成复杂的几何图形。然而，L-PBF生产的零件存在气孔问题。为了满足严格的安全和认证要求，比利时Lommel的制造科学中心Flanders Make的研究人员使用了Mikrotron EoSens 3CL 300万像素摄像头，以更好地了解熔化池的行为和处理过程中的稳定性。
在L-PBF中，金属粉末通常在搭建平台上覆盖0.1 mm厚的层，然后在重复的过程中由激光熔化，直到部件搭建完成。本质上，L-PBF是许多单独堆叠的焊缝的组合，重叠和熔深决定最终的零件密度和质量。任何缺陷都可能导致不必要的机械性能变化，导致零件报废。
为了发现问题，使用x射线计算机断层扫描等时间和成本低的后期质量控制技术，以确保最终组件符合要求的规格。弗兰德斯Make的研究人员试图创造一种可行的、经济的替代方法，以取代这些昂贵的方法来估计熔化池的深度和宽度。
Flanders Make成像系统的主要部件是Mikrotron相机和一个大面积硅光电二极管传感器。传感器在800-950 nm范围内经过带通过滤，以防止任何杂散的环境光和激光干扰测量。该系统是使用一个自定义的基于fpga的帧抓取器连接到光纤耦合网络连接存储。NAS采用4块1TB固态硬盘组成的RAID 0阵列，数据速率可达1gb /s，总容量为4tb。Mikrotron EoSens 3CL摄像头接口是“Full”配置摄像头链路，能够高达850mb /s的数据速率。为了平衡光线、分辨率和帧率，研究人员将相机的采集速度设定为每秒2万帧。捕获的图像是8位灰度图像，大小为120 x 120像素。标定后的像素尺寸为11.8 μm，视场为1416 × 1416 μm。由于熔池尾部出现飞溅或破裂，一帧中可能包含多个对象，因此图像处理的第一步是滤除熔池轮廓。这是通过结合使用Sobel滤波器的边缘检测和激光在帧中的相对位置来完成的。
在系统测试中，研究人员发现，测量到的熔池宽度和预测深度与一系列加工参数的金相测量值非常吻合。这种不需要破坏性试验就能确定熔池尺寸的能力对于确定合适的加工参数窗口是有用的。在装有NVIDEA QUADRO M4000的台式电脑上，处理所有数据和生成流程图所需的时间不到5分钟。在这五分钟中，大约有两分钟花在图像处理上，相当于平均每帧0.5毫秒。与使用标准技术生成处理图的耗时方法相比，处理时间可以忽略不计。这些技术通常包括用不同的工艺参数制造许多样品，然后将这些样品从基板上取出，进行横截面、抛光，然后蚀刻进行微观结构分析。
Flanders Make系统为使用L-PBF生产的零部件满足高端行业严格的质量和可重复性标准的挑战性任务提供了解决方案。随着进一步改进，研究人员相信，他们的方法可以应用于其他添加剂和更一般的材料加工技术，如电子束，以及激光和电子束焊接/切割。
Mikrotron
mikrotron.de
了下:快速制造零件
