近日，美國(guó)商務(wù)部旗下的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）制造出一臺(tái)定制3D打印機(jī)，名為“增材制造計(jì)量測(cè)試平臺(tái)（AMMT）”。利用這臺(tái)機(jī)器，研究人員能完全控制整個(gè)金屬3D打印過程，從而對(duì)該工藝進(jìn)行深度和實(shí)時(shí)研究。

這項(xiàng)研究有望催生新的金屬3D打印監(jiān)測(cè)和計(jì)量工具，從而解決金屬增材制造中不斷增長(zhǎng)的質(zhì)量控制問題。金屬3D打印件的一些打印層中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)微小的孔隙，這會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力積累，進(jìn)而削弱打印結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致翹曲或開裂。

為了解決這個(gè)問題，NIST研究人員需要收集有關(guān)金屬3D打印過程的一些基本信息，包括熔融金屬有多熱、如何降低應(yīng)力。有了這些信息，研究人員才能知道什么樣的傳感器能讓3D打印機(jī)用戶詳細(xì)了解機(jī)器內(nèi)部正在發(fā)生的情況。“業(yè)界已經(jīng)開始將傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)納入3D打印機(jī)。我們也希望擁有這種能力，同時(shí)想要一個(gè)平臺(tái)來測(cè)試各種全新的想法，”研究人員表示。

AMMT的工作原理與傳統(tǒng)的金屬3D打印機(jī)一樣，這臺(tái)定制機(jī)器用激光來熔化粉末床上的粉末，逐層打印出一個(gè)部件的形狀。與大多數(shù)使用專有軟件的商業(yè)打印機(jī)不同的是，AMMT的打印過程可以實(shí)時(shí)修改，是完全開放的。激光的速度和功率可以控制在10kHz，也就是說每10微秒一次。這樣，研究人員能得到一個(gè)更嚴(yán)格的、打印過程方面的反饋循環(huán)，從而清楚地了解發(fā)生了什么以及如何改進(jìn)。

目前，AMMT能熔融三種常見金屬粉末——鈦、鈷鉻合金和鎳合金。金屬3D打印中的大多數(shù)問題發(fā)生在在粉末熔化階段，因此NIST團(tuán)隊(duì)決定精確測(cè)量出熔融金屬的溫度。最好的測(cè)量方法是測(cè)量從“熔池”中反射出的光的性質(zhì)。這些光的顏色根據(jù)液體金屬的溫度而變化，獲得這些波長(zhǎng)的亮度信息有助于確定物體在3D打印時(shí)的溫度變化。

據(jù)研究人員說，能提供這些溫度變化的傳感器會(huì)讓大多數(shù)3D打印機(jī)用戶擁有足夠的信息來優(yōu)化他們的打印過程?！拔覀兊淖罱K目的是獲得一個(gè)全面的表面溫度圖，”研究人員表示。目前，他們正在使用一種帶有一個(gè)特殊消色差透鏡的相機(jī)來測(cè)量一些較長(zhǎng)波長(zhǎng)的亮度。為了測(cè)量更短的波長(zhǎng)，也即是更高溫度，研究人員將需要不同的診斷方法。

在接下來的一年半，研究人員將開發(fā)一種名為TEMPS（熔體、粉末和固體的溫度和輻射強(qiáng)度）的新傳感器系統(tǒng)。它將包括多個(gè)光譜儀和一個(gè)半球形反射計(jì)?！坝辛薚EMPS系統(tǒng)，我們將獲得放大和擴(kuò)展三倍的波長(zhǎng)范圍，”研究人員說。隨著這種計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步，能對(duì)其他類型的金屬粉末進(jìn)行類似測(cè)量的傳感器也將被開發(fā)出來。

最終，NIST的測(cè)量技術(shù)甚至可以應(yīng)用到3D打印之外的領(lǐng)域，因?yàn)樗麄兊募夹g(shù)可用來觀察任何正在經(jīng)歷極端的高溫變化的固體材料。例如，超音速飛機(jī)的翼尖將是一個(gè)完美的觀測(cè)候選對(duì)象。NIST的工作表明，3D打印技術(shù)的采用不僅可以改變制造業(yè)，還能在各個(gè)領(lǐng)域激發(fā)重要和有用的研究。

來源：3D虎