使用EOS光学层析成像代替无损检测保证增材制造部件质量
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此前，增材制造的零部件并没有完善的测试手段，金属打印的部件常采用无损检测（如染料渗透检测、X射线和计算机断层扫描等）检查内部缺陷。这些传统的测试方法一度成为认证组件的有效方式，但它们往往非常昂贵，而且能够提供服务的机构也非常少。在这种情况下，质量保证的成本可能比生产成本高出许多倍。
金属打印计算机断层扫描检测
然而为航空航天业生产部件必须满足严格的质量标准，特别是在批量生产中，工艺稳定性和可重复性要求会很高。
在上周航空展论坛上，航天海鹰的负责人员提到，在3D打印制造过程中，第一次打印的零件缺陷出现在这个位置，而且是通过破坏性的手段找到的；通过一些手段处理后，在第二次的打印过程中规避掉了上一次的缺陷，但其它位置又出现了新的缺陷。这样造成的制造成本相当高昂，那么还要不要进行第三次的制造，即使再次打印，能否保证这一次就没有缺陷？这便是制造稳定性和重复性的问题，是金属打印面临的重要问题。同时他也提到，采用无损检测的手段的成本相当高昂。
金属打印钛合金航天阀体的制造成本同样非常高昂
那么有没有成本低廉的无损检测手段？本期我们要介绍的便是，采用在线监测保证金属打印产品质量的有效性，以及它所带来的质量检测方式的重要转变。
▌批量生产过程中的端到端监控
由于对安全认证的要求极为严格，新的增材制造工艺在发动机制造领域面临重大挑战。从原材料到最终产品，必须对任何预定飞行的部件进行持续监控，确保其完全没有故障。这意味着工业3D打印的质量保证——测试技术、过程控制和文件记录——需要新的方法和经济理念。
全球第5大航空发动机制造商MTU一直致力于使用增材制造开发金属发动机部件的质量保证措施。该公司于2013年开始开发光学层析成像技术，以期为增材制造工艺提供100％的监控和记录。多年前，MTU与EOS已签署框架协议，共同开发其技术战略。
eos熔池质量监控
由MTU开发的光学层析成像(OT)，是EOS模块化监测产品EOSTATE ExposureOT的强大补充。除了监控一般系统状态的多个传感器外，OT技术使用sCMOS工业相机监控整个制造环境，并以高分辨率测量熔化过程的热量排放，始终控制材料的扫描过程和熔化特性，确保最佳的铺送粉和成型质量。同时，可配置软件将记录每层打印质量的详细信息。
铺粉质量质量
MTU光学层析成像可以再现监控过程，并提供整个制造过程的质量分析方法，从而能够逐层和逐个地对金属增材制造过程进行更全面的质量控制。以前在下游进行的质量控制过程的很大一部分（无损检测）现在可以在制造过程中进行，从而显著降低与质量保证相关的成本。这同时能够满足批量生产中客户的要求。
▌光学在线检测与传统无损检测的有效性比较
多年来，MTU一直在增材制造中使用EOSTATE Exposureot监控模块，为最新一代空客A320neo涡扇发动机的部件的工艺开发和制造提供保证。公司在质量保证过程中获得了丰富经验，并在此基础上与其他非破坏性技术进行了比较。
用于空客A320neo的齿轮传动涡轮风扇发动机的管道镜凸台的增材制造
对比一：在线检测与无损检测的有效性对比
MTU对金属打印的部件，分别使用常规射线和光学断层扫描技术进行检测，并与光学层析成像技术进行系统性的对比。对比的依据在于，EOSTATE ExposureOT能否像传统测试方法一样可靠的检测出每种可能的缺陷类型，包括孔洞、孔隙、固体夹杂物或不完全熔合；以及在线监控能否实现更高的检测概率。
对比二：在线检测与破坏性检测的有效性对比
MTU还系统性的进行了与破坏性测试的比较，如对样品横截面的显微镜检查等。
结果
与常规X射线检测、CT断层扫描以及破坏性测试相比，在线监控技术可以实现更高的缺陷检测概率，特别是对于不完全熔合的缺陷。这意味着采用常规检测方法发现的任何缺陷，在光学层析成像监控的帮助下都清晰可见。
熔化过程再现
MTU增材制造技术主管介绍，EOSTATE ExposureOT能够可靠地发现部件何时何处产生缺陷。这使他们能够在管道镜凸台系列的生产中完全不必再使用X射线和CT检测，这节省了巨大的成本。未来，MTU将会把EOSTATE ExposureOT从简单的过程监控技术升级为官方测试方法。
打印完成的内窥镜凸台
对过程控制的统计可以大大简化评估结果，分析软件会根据几个定性的无缺陷制造工作设置可容许偏差的可靠性曲线，只有在观察到偏差时才需要进一步测试。
END
研究结果显示的可靠性逐渐增强了人们对新技术的信心，并导致MTU质量保证方式的转变。使用光学层析成像对制造过程进行逐层实时监控，是进行增材制造部件质量保证的首选方式。
在过去的文章中，笔者也曾介绍过雷尼绍的在线监控能力，工程师借助LaserVIEW和MeltVIEW的模块，可以比较每个传感器的数据并发现任何可能的变化，从而对缺陷进行原因分析。
对于国内的打印机来说，已经开发在线监控并具有数据分析能力的制造商目前几极少，但拥有这一能力，无疑将是该企业研究水平的重要体现。
监控系统详细功能已上传QQ群。
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延伸阅读：
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