由Eric Felkel，产品经理（光学分析师），Zygo Corp.
毫无疑问，使用增材制造(AM)作为一种生产技术有许多好处。各行业,制造商利用的事实,通过使用他们不仅可以构建复杂的部分——在一块——以前不可能的,但他们还可以构建更强,更轻重量的部分,减少材料消耗,并受益于组装组件整合在一系列应用程序。
在过去的10-20年里，这些优势得到了充分的证明，因为AM已经成为一种真正的颠覆性技术，不仅适用于原型设计，也适用于生产，而且不可避免地被认为是由制造部件的附加硬件实现的。
实际上，这是一个部分图片，特别是对于AM的串行生产应用。AM硬件系统只是一个部分 - 尽管是一个重要的一系列技术，可以使其成为预先和后期的既然和后期。
今天独特的重要性是过程后计量的作用，以验证AM构建的完整性。这一重要性的一种具体原因是，今天上午的许多部件最终在安全关键应用中，最终使用功能至关重要。AM表面的性质和相对粗糙度，无论是分析构建内的个体层还是成品部分的表面，都会有点无能为力。这是一些发展，包括Richard Leach的工作，允许更好的计量结果在生产能力中使用。
计量和添加剂制造
Richard Leach，诺丁汉大学Metrology教授U.Tottingham，U.K.，有助于各种与am中使用Metrology的项目。它是Leach的观点，即Metrology问题对于AM的成功至关重要，因为它开始建立自己的生产技术。
采用Zygo Nexview干涉显微镜测量了诺丁汉大学Ti6Al4V选择性激光熔化样品部分。
“毫无疑问，如果AM要作为一种可行的生产技术在整个行业中使用，那么应对AM生产部件的特定特性的计量解决方案的不足将是一个巨大的障碍。基本上，就像我们今天所站的那样，当您在进行AM构建时，对于缺陷的精确性质缺乏清晰性，您也不知道它们如何可能导致部件功能方面的问题。我们没有足够详细的地图，来说明在AM过程中出现的缺陷和异常现象是如何传播到最终使用场景中的零件上的。”
“想象一下，你正在制造一个AM分层过程中的涡轮叶片，你看到在第4层的地形上有一个小点。这一层会及时被覆盖，所以当完成的部分完成时，它的特性将会完全不同，在这个时候，如果没有良好的计量提供的清晰度，就不可能知道当构建完成时，这个信号是否仍然存在，如果是，那么它是否在一开始就很重要。从本质上说，我们正在努力——但还没有完全解决——理解使用AM时的表面和表面下的问题，以及这些问题与产品功能之间的关系。因此，从加工后的组织类型中很难预测其力学性能、热过程、疲劳性能等。缺陷功能分析可以让我们在出现问题时停止过程，从而实现受控AM，就像现在，我们花了几个小时构建一个可能在第一层就有问题的部件。”
Zygo Nexview CSI显微镜:AM Ti6Al4V立方体的真彩色3D图像
尽管存在这些挑战，但许多公司已经使用高级公司成功地生产关键零件和组件，通常在部分故障不是一种选择的航空航天应用中。为确保这些AM产生的部件完全符合设计意图，部分供应商的机械测试和计量验证远远超过通常用于传统制造过程的机械测试和计量验证。
必要的是，制造商被迫专注于工艺开发，并投入所有的验证资源，他们可以“证明”完成的AM零件的完整性。后者是一种有效的带和支撑方法，依靠Gage R&R再现性和重复性作为替代更严格的测量不确定度方法，评估AM部件的完整性和功能特性。目前的解决方案可以称为“极端测试”。
杂志评论，“每个人都责备缺乏测量AM零件的标准的混乱，但这并不是应该关注注意力。如果您没有正确的测量技术以启动，则无法开发标准。在没有准备使用的技术解决方案的情况下正在开发的标准实际上比任何标准更糟糕。这就是为什么具有计量仪器供应商的重点是在调整计量解决方案中，使它们更好地与AM过程的独特特征和最终用部件对齐。在标准方面，我们今天的重点是制作一个良好的练习指南以及艾斯坦，显示OEM今天的计量解决方案，以及如何在应用于AM表面时从这些中获得最佳结果，并将仪器设置为以最好的方式了解数据。“
使用激光粉床融合在诺丁汉大学制造的铝合金Alsi10mg样品的表面结构，并通过Zygo Newview CSI显微镜测量。3A - 表面形貌颜色图，3B表面结构 - 真彩3D。
因此，AM的计量领域的焦点是减少依赖于一张重复范围的时间和成本低效率，并且通常不足的计量步骤以验证最终用部分适合于目的。
由于Leach在这个重要的领域工作，他参与了许多计量仪器供应商，使用各种测量技术。
Leach继续说道:“对于后处理计量，有许多替代方案，包括共焦和聚焦变化，以及Zygo的相干扫描干涉计量(CSI)。最初，人们认为CSI不适合处理后的AM零件(其表面不寻常的粗糙度)，但Zygo通过引入新的方法，利用光学光源、照明条件，此外，该公司还利用检测条件，在极其粗糙和复杂的AM表面上获得了高质量的结果。”
Leach与CSI的最初工作是基于一些供应商的CSI早期版本，这表明了他对AM超粗糙表面计量技术不合适的早期观点。
来自早期版本的数据使Leach和他在诺丁汉的团队得出结论，干涉测量法根本不适合AM测量，因为示例仪器未能捕捉到大多数高度不规则的地形特征。Leach和Zygo共同开发的Nexview技术是一个可行的AM计量工具。
Nexview仪器及其姊妹产品NewView，包括硬件和软件升级;一系列改进使仪器更适合AM部件。
Leach说:“2016年10月，我们在诺丁汉安装了NewView 8300仪器。在AM表面进行的测量最终表明，CSI的实施适合这项任务。”
Zygo使用一种被称为“更多数据”的方法来提高CSI的基线灵敏度，并启用高动态范围(HDR)操作，使其对一系列部件有价值，从陡峭的倾斜，平滑的部件到粗糙的纹理与低反射率。HDR是Zygo的一项功能，它可以测量具有一定反射率范围的部件，这是其他CSI仪器难以做到的。
浸出的结论。“我在Zygo的工作重点是准确理解CSI仪器的工作原理，并为AM应用精确建模。目前的问题是AM表面在原始表面和后处理表面方面与我们所习惯的非常不同，没有标准化的方法来测量和表征这些表面。我们正在与ZYGO合作，以确保我们继续优化日益重要的AM生产场景的计量解决方案。”
Zygo Corp.，Ametek，Inc。
www.zygo.com
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