两年前，美国商务部的美国国家标准与技术研究所（NIST）发布了一份关于金属3D打印粉末的报告，其中包括了一套粉末床金属3D打印融合工艺指南。据悉，该报告是为了改进制造和促进可靠性以及过程控制而编制的。NIST表示，这些指南确定了AM过程中重要的未知事实，因此研究人员希望该方法能够进行自动微调。

自2010年以来，金属3D打印产品和服务市场已经增长了近五倍。虽然技术很受欢迎，但很难对其制作的产品进行质量控制。部分强度可以通过层中的微小孔减少，并且残余应力可以增加。同时，层冷却，引起裂纹和翘曲。根据NIST的Brandon Lane博士声称，在同一3D打印机上以两种同样方式制造的金属产品可能不会“以相同的尺寸出来”。

“在3D打印领域，工业界已经开始将传感器和显示器放在AM机器上。因此，我们希望拥有这些能力，并拥有一个可以测试传感器新想法的平台，”Lane博士说。

现在，NIST正在探索金属3D打印工艺，并建立了一个3D打印机测试平台，以确定如何给用户更多的控制过程。研究人员将使用称为添加剂制造计量试验台（AMMT）的定制打印机测试平台来研究和探索金属添加剂制造过程，从而使制造商和工程师能够在金属3D打印部件上保持更高的可预测性。AMMT将允许NIST制作可以实时监控流程的工具，以回答像熔融金属在每一层中有多热的问题，以及如何降低导致打印翘曲和破裂的应力。

NIST研究人员Steven Grantham、Lane博士、Jorge Neira、Sergey Mekhontsev、Mihaela Vlasea和Leonard Hanssen发表了一篇题为“NIST的AMMT /TEMPS设备的光学设计和初步结果”的文章，他们能够使用AMMT完全控制添加剂制造过程，与在商业系统上控制其的专有软件不同。

Lane博士说：“商业打印机有点像黑盒子。用户可以设置一定的激光功率和速度，但是它们真的不能控制每一个微秒的过程。通过我们的系统，我们可以控制100千赫兹激光器的速度和功率，即每10微秒一次。”

在尺寸方面，AMMT大致上是小型车的尺寸，与商业打印机的共同点在于其使用激光粉末床熔合。打印机内部的机械臂将均匀的金属粉末层施加到金属板，高功率激光束以设计图案移动穿过粉末的表面，并熔化粉末，其在短暂液化之后冷却成固体。通常，在熔化过程中会发生问题，而NIST需要一种方法来监测熔池的温度，测量其脱落的光的性质，因为材料根据其温度变化呈现不同的颜色。

据悉，目前AMMT可以使用钴铬、镍合金和不锈钢来测量亮度。根据Dr. Lane的说法，许多添加剂制造用户“可能只想要熔池波动的相对测量。”

据悉，研究目标是将这些相对测量值转换为绝对测量值，因此可以使用亮度和其他性能来测量熔池的实际温度。为了完成这个目标，NIST将必须表征AMMT系统，并确保光强度传感器。

Lane博士说：“最终我们想在宽范围的光波长范围内达到表面的全温度图。”

该范围将能够从大约400nm的可见蓝光延伸到约10微米的中红外（IR）光，这最后波长太长，不能用肉眼看到。目前，该团队使用具有自定义消色差透镜的相机来测量这些波长中的一些熔融物的亮度。

Grantham解释说：“但是在较高的温度下，蓝光更短，波长较短的可见光也很重要。所以我们实际上会有一些不同的方法来衡量。”

Grantham正在谈论一种称为熔体、粉末和固体的温度和发射（TEMPS）的装置。发光度是指与物体发出光线相比，物质能够在一定温度下熄灭光的能力。这样的装置可以用来研究经受极端热的固体材料，如超音速飞机的翼尖。

TEMPS将用半球反射计收集关于熔池反射的光的数据，该装置将允许研究人员映射池的发射率及其变化的温度。通过了解熔池的发射率，该团队将更好地了解熔融金属如何吸收激光的光，从而有助于它们确定池的实际温度。TEMPS还将包括光谱仪，因此研究人员可以测量大约10微米波长的完整可见光和红外光谱。

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来源：3D虎