近日，美国商务部旗下的国家标准和技术研究所（NIST）制造出一台定制3D打印机，名为“增材制造计量测试平台（AMMT）”。利用这台机器，研究人员能完全控制整个金属3D打印过程，从而对该工艺进行深度和实时研究。

这项研究有望催生新的金属3D打印监测和计量工具，从而解决金属增材制造中不断增长的质量控制问题。金属3D打印件的一些打印层中经常会出现微小的孔隙，这会导致应力积累，进而削弱打印结构，最终导致翘曲或开裂。

为了解决这个问题，NIST研究人员需要收集有关金属3D打印过程的一些基本信息，包括熔融金属有多热、如何降低应力。有了这些信息，研究人员才能知道什么样的传感器能让3D打印机用户详细了解机器内部正在发生的情况。“业界已经开始将传感器和监测系统纳入3D打印机。我们也希望拥有这种能力，同时想要一个平台来测试各种全新的想法，”研究人员表示。

AMMT的工作原理与传统的金属3D打印机一样，这台定制机器用激光来熔化粉末床上的粉末，逐层打印出一个部件的形状。与大多数使用专有软件的商业打印机不同的是，AMMT的打印过程可以实时修改，是完全开放的。激光的速度和功率可以控制在10kHz，也就是说每10微秒一次。这样，研究人员能得到一个更严格的、打印过程方面的反馈循环，从而清楚地了解发生了什么以及如何改进。

目前，AMMT能熔融三种常见金属粉末——钛、钴铬合金和镍合金。金属3D打印中的大多数问题发生在在粉末熔化阶段，因此NIST团队决定精确测量出熔融金属的温度。最好的测量方法是测量从“熔池”中反射出的光的性质。这些光的颜色根据液体金属的温度而变化，获得这些波长的亮度信息有助于确定物体在3D打印时的温度变化。

据研究人员说，能提供这些温度变化的传感器会让大多数3D打印机用户拥有足够的信息来优化他们的打印过程。“我们的最终目的是获得一个全面的表面温度图，”研究人员表示。目前，他们正在使用一种带有一个特殊消色差透镜的相机来测量一些较长波长的亮度。为了测量更短的波长，也即是更高温度，研究人员将需要不同的诊断方法。

在接下来的一年半，研究人员将开发一种名为TEMPS（熔体、粉末和固体的温度和辐射强度）的新传感器系统。它将包括多个光谱仪和一个半球形反射计。“有了TEMPS系统，我们将获得放大和扩展三倍的波长范围，”研究人员说。随着这种计量技术的进步，能对其他类型的金属粉末进行类似测量的传感器也将被开发出来。

最终，NIST的测量技术甚至可以应用到3D打印之外的领域，因为他们的技术可用来观察任何正在经历极端的高温变化的固体材料。例如，超音速飞机的翼尖将是一个完美的观测候选对象。NIST的工作表明，3D打印技术的采用不仅可以改变制造业，还能在各个领域激发重要和有用的研究。

来源：3D虎