增材製造：使用單一商用攝影機測量熔池溫度的方法
介紹
增材製造（AM）技術的強度取決於其生產的最薄弱部分。儘管被視為成熟的 AM 技術，鐳射粉牀熔化依賴於大量的試錯。為了確保質量，研究人員需要監測建造過程中熔化粉末的溫度等引數。但當熔池的移動速度高達每秒一米時，他們如何測量金屬粉末的溫度呢？最近發表在《增材製造》期刊上的新研究介紹了一種使用單一商用攝影機測量熔池溫度的實驗方法。準確地測量熔池的溫度可以用於預測和識別缺陷，如造成裂縫和氣孔的關鍵洞穴，這可能導致零件不合格。
研究方法
該團隊使用商用彩色攝影機來感應可見光顏色，該攝影機的感測器上有內建的貝爾濾鏡，每個紅色和藍色濾鏡都有兩個綠色畫素濾鏡。由於每個畫素只感應一種顏色的光線，團隊可以為每個畫素獲得獨特的測量值。他們使用一種稱為色彩插值的技術重建了一個完整的彩色影象，並測量了每種顏色的比例來計算溫度。這種新穎的比例方法避免了與表面特性和視角因素有關的問題，這些問題阻礙了將傳統紅外成像應用於 AM 過程。
重要性和應用
理解熔池中的物理現象對確保零件質量至關重要，因為如果材料蒸發過多或熔池不穩定，製造商可能得到完全不同的材料特性和缺陷，從而導致零件無法使用。研究人員可以透過觀察熔池的峯值溫度來理解生產過程中的材料蒸發，而透過觀察熔池尾部的溫度梯度則可以理解最終零件的微觀結構。
新的洞見和應用前景
加利福尼亞大學聖地亞哥分校（UCSD）機械工程系的博士候選人 Alex Myers 解釋說：“我們透過使用實驗結果確保計算流體動力學模型中的未知引數，從而更多地理解熔池的微觀尺度發生了什麼。”卡內基梅隆大學機械工程系的教授 Jack Beuth 表示：“這些測量和類比模擬開啟了理解 AM 過程中的熔池物理現象的更全面和基礎的途徑，這是 AM 過程開發中的一個核心問題。”預計，卡內基梅隆大學的研究人員將利用這種技術來理解不同的過程，如電弧增材製造和定向能量沉積。
結論
這項研究介紹了一種使用單一商用攝影機測量熔池溫度的方法，以確保增材製造過程中的零件質量。透過研究熔池的溫度分佈，研究人員可以更好地理解材料蒸發和最終零件的微觀結構。這項技術的應用前景包括更深入地理解不同增材製造過程的物理現象，這對於改進增材製造技術以及製造高質量零件至關重要。
