激光增材制造(Laser Additive Manufacturing, LAM)作為先進(jìn)制造技術(shù)的核心代表,正引領(lǐng)著從航空航天到生物醫(yī)療等高端領(lǐng)域的生產(chǎn)變革。其制造過程的復(fù)雜性與不確定性,使得過程監(jiān)控成為保障零件質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化與智能化的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。三維打印技術(shù)的持續(xù)開發(fā),也在不斷拓展激光增材制造的能力邊界與應(yīng)用場景。本文旨在深度解讀這兩大相互關(guān)聯(lián)的核心議題。
一、激光增材制造過程監(jiān)控:從“黑箱”到“透明化”
傳統(tǒng)的激光增材制造過程曾被視為一個(gè)“黑箱”,輸入材料與參數(shù),輸出成型件,內(nèi)部熔池動(dòng)態(tài)、熱歷史、缺陷形成等關(guān)鍵物理現(xiàn)象難以實(shí)時(shí)捕捉與控制。過程監(jiān)控技術(shù)的引入,旨在實(shí)現(xiàn)制造過程的“透明化”與“可知可控”。
2. 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的處理與融合:
單一傳感器信息有限,多傳感器信息融合成為趨勢。通過集成視覺、熱、光譜、聲學(xué)等多源數(shù)據(jù),并借助機(jī)器學(xué)習(xí)(如深度學(xué)習(xí))算法進(jìn)行特征提取、異常檢測與分類,能夠更準(zhǔn)確地識別工藝缺陷(如未熔合、孔洞、球化、裂紋),甚至實(shí)現(xiàn)缺陷的實(shí)時(shí)預(yù)測與分類。
3. 閉環(huán)控制的應(yīng)用:
基于實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),構(gòu)建工藝參數(shù)(如激光功率、掃描速度)與質(zhì)量特征(如熔池尺寸)之間的動(dòng)態(tài)模型,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閉環(huán)控制。例如,根據(jù)熔池溫度的實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)激光功率,以補(bǔ)償熱積累效應(yīng),確保每一層、每一區(qū)域的能量輸入最優(yōu),顯著提升成型件的尺寸精度與力學(xué)性能一致性。
二、面向未來的三維打印技術(shù)開發(fā)
過程監(jiān)控為工藝穩(wěn)定與質(zhì)量保障提供了“眼睛”和“大腦”,而三維打印技術(shù)本身的開發(fā)則持續(xù)推動(dòng)著制造能力的突破。
三、挑戰(zhàn)與展望
盡管成就顯著,挑戰(zhàn)依然存在:多物理場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與高價(jià)值信息提取、復(fù)雜工況下監(jiān)控系統(tǒng)的魯棒性、海量數(shù)據(jù)與物理模型的深度融合、以及監(jiān)控-控制-工藝開發(fā)閉環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)化等。激光增材制造的過程監(jiān)控將與三維打印技術(shù)開發(fā)更深層次地協(xié)同進(jìn)化。一方面,更先進(jìn)、集成的監(jiān)控方案將為新工藝開發(fā)提供不可或缺的“驗(yàn)證工具”與“洞察力”;另一方面,新工藝提出的新需求(如新材料、更復(fù)雜結(jié)構(gòu))也將反過來驅(qū)動(dòng)監(jiān)控技術(shù)向更高維度發(fā)展。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“首次即正確”的可靠、高效、智能的增材制造,徹底釋放三維打印的設(shè)計(jì)自由與制造潛能。
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更新時(shí)間:2026-01-10 21:37:10