Phase3D 推出适用于冷喷涂增材制造和LPBF的新型现场质量监测工具
时间：2025-04-13 10:16 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
2025年4月12日，总部位于芝加哥的 3D 打印质量保证软件开发商Phase3D推出了一种新的检测系统，旨在提高冷喷涂增材制造(CSAM) 中的质量监测 (QA)能力。
新型QA系统名为“边缘检测：冷喷涂（FringeInspection: Cold Spray）”，由美国空军研究实验室（AFRL）提供125万美元资助，利用结构光在喷涂过程中实时捕捉表面数据。这套系统在代顿大学研究所（UDRI）进行了测试，随后在埃尔斯沃思空军基地的作战环境中进行了验证。
由于材料沉积工艺的特性，CSAM 长期以来在保持质量一致性方面一直面临挑战。Phase3D 的系统通过提供实时数据来解决这些挑战，这些数据可以立即识别表面缺陷，例如开裂、凹坑和点蚀。QA系统还可用于评估沉积表面的平整度和整体形状，为技术人员提供动态调整工艺参数的机会，从而减少材料浪费并提高效率。Phase3D创始人兼首席执行官NiallO'Dowd表示：“项目的成功完成凸显了实时检测在增材制造中的重要性。埃尔斯沃思空军基地的部署证明了结构光检测将彻底改变冷喷涂应用。这项技术不仅能确保更高质量的维修，还能为空军节省大量成本和时间。”
△边缘检测：冷喷涂系统连接到机械臂，并在打印过程中扫描冷喷涂沉积物。图片来自 Phase3D
通过实际测试验证
边缘检测：冷喷涂硬件安装在机械臂上，可收集数百万个与涂层厚度、粗糙度和形状相关的测量点。Phase3D 开发并部署了硬件及配套软件套件 Fringe Operator，套件可用于解读检测数据并记录特定部件的质量指标。研究团队与空军工程师合作，利用以氦气和氮气作为载气的冷喷涂样品，建立了以数据为依据的可接受和不可接受沉积质量基准。这些示例为创建合格/不合格阈值系统提供了参考，系统用于在制造过程中评估零件的质量。
为了验证QA方法，Phase3D 使用制定的质量阈值进行了盲测。通过构建过程中收集的实时数据对组件进行评估，并识别和分类了诸如喷涂模式不均匀和表面不连续等缺陷。测试样品的成功分类进一步证实了质量监测系统在冷喷涂环境中进行现场检测的实用性。项目是在STTR第二阶段提案F2-16465（吹塑粉末增材制造现场监测）合同下进行的。
另一个案例研究涉及在EOS M270机器上的激光粉末床熔合 (LPBF) 3D 打印组件，进一步证明了边缘检测技术的实际优势。一家未公开的航空航天制造商面临由不一致的孔隙率和内部几何形状引起的零件故障，其原因是涂覆刀片上的粉末堆积间歇性地掉落到构建表面上，技术人员怀疑存在这个问题，但无法使用标准成像工具进行确认。在机器上安装 Fringe Inspection 系统后，问题立即通过高分辨率高度图显现出来。系统检测到落入熔池的粉末滴高达 200 µm，是正常层厚的四倍。
这一发现促成了一个简单的解决方案：在刮刀的初始位置添加一个固定刀片，以防止粉末堆积。实施后，与粉末相关的成型故障完全停止，每年减少 63,000 美元的损失，降幅超过 90%，这还不包括间接工程和故障排除成本。继这些成功实施之后，Phase3D 计划将其结构光检测系统的应用范围扩展到冷喷涂之外。该公司目前正在与美国国防部(DoD) 和私营部门合作伙伴合作，探索更多用例，并支持在增材制造领域更广泛地采用实时质量监控。以上案例研究基于已报告的调查结果，并代表了一系列真实事件。未使用任何机密数据，所有数据均已重建，以保护客户隐私。
△条纹检测输出的质量图表，用于识别过程中何时出现失控情况。在条纹鉴定中可视化。图片来自 Phase3D。
3D打印的质量监测
现场质量监测对于航空航天等标准很高的行业至关重要，促使许多增材制造公司开发自己的新颖解决方案。例如，西门子能源与风险管理公司DNV合作，将西门子的AM Cockpit与DNV的独立质量监测系统（IQM）集成，开发了一个新的工业质量保证平台。该平台支持实时监控、数字验证以及3D打印部件与已批准模型的比较。
它提供自动化认证，旨在支持零缺陷制造，尤其是在粉末床熔合工艺中。系统由欧盟资助的InterQ项目开发，旨在增强能源等关键行业对增材制造 (AM) 的信心。西门子重点强调了其在燃气轮机使用氢气等低碳燃料方面发挥的作用。
在 Formnext 2022 展会期间，MakerVerse和蔡司通过整合蔡司的专业计量解决方案，在 MakerVerse 平台上推出了增强的质量保证工具。这些新增功能包括触觉坐标测量机 (TCM)、光学 3D 扫描、工业CT 和 X 射线功能以及表面粗糙度测量。MakerVerse首席执行官 Markus Seibold 博士强调，此次合作“对于需要为增材制造部件提供工业级质量检测和报告的客户来说，是完美的解决方案。”
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