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利用相机改善金属增材制造过程

作者:XIRISChina 来源: 日期:2022/9/4 16:52:50 人气: 标签:

金属增材制造(MAM)工艺中的质量控制挑战:基材上的分层,或金属粉末或金属丝层的系统融合,必须得到控制和纠正,以确保制造的零件符合质量控制和质量保证要求。

今天,寻求对MAM生产的零件进行鉴定的制造者通常采用与传统方法生产的零件相同的工艺,即对许多最终零件的副本进行广泛的统计学非破坏性和破坏性测试。这种测试对于任何类型的生产都是昂贵的;它也否定了MAM所确定的许多经济和运营优势,其中包括小批量或一次性生产。因此,仅仅为了保证质量和测试而逐一打印许多额外的零件的前景可能是令人生畏的。

然而,一些制造商发现MAM所表现出的好处是如此引人注目,以至于他们仍然追求这一过程,这证明了MAM生产在许多情况下的价值。然而,为了在更大范围内实现这一飞跃,大多数组织需要一种更可持续的、可行的质量和工艺控制方法。

高动态范围(HDR)焊缝相机可以引领这种方法。

质量要求各不相同

质量控制过程从简单到复杂不等,取决于产品设计和制造零件的可接受质量水平。在该范围的低端,有机器制造简单几何形状的零件;在高端,需要更复杂的机器,通常包含在密封室中,以制造具有更高的轮廓要求的航空航天和精密技术零件。

因此,MAM生产的零件的预期目的决定了所要求的质量保证过程的严格程度(以及随后的成本)。因此,制造者必须根据其生产的相对需要来设计其质量控制/质量保证要求。对于质量要求高的零件,先进的模拟和建模工具可以帮助提供更好的质量解决方案。对于最基本的MAM工艺,这种工具并不总是合理的。然而,虽然过程中的传感器对于高质量的零件来说是必不可少的,任何MAM工艺都可以很快证明纳入提供可见、可闻、触觉和参数驱动反馈的传感器是合理的。此类传感器可以提供足够的数据,以便在快速成型或大批量制造中更好地控制质量。

HDR焊接摄像机的优势

通过在MAM工艺中的金属沉积周围加入HDR焊接摄像机,操作员可以在实际制造过程中进行观察。

HDR焊接相机为MAM机器的操作人员提供了一个清晰的焊枪、其直接背景和先前机器通过的沉积材料的视图。熟练的操作员能够利用这些清晰的图像进行微调,以确保焊枪、焊丝或粉末不偏离其理想路径,在具有挑战性的金属添加剂应用中优化材料沉积和重叠。

在没有摄像头的情况下,电源(焊枪或等离子弧)的对准以及焊丝/粉末对基体的送入必须在离线情况下进行检查,通常是在机器外通过焊接头盔或焊接玻璃从不理想的角度进行检查。通过将焊接摄像机集成到机器内部的过程中,操作员可以获得清晰的、高对比度的焊枪和焊丝(或粉末流)的视图,它们与过程的对准,以及其他材料设置–无论设置如何。

然后,操作员可以立即使用焊接摄像机来监控材料的输入,在不停止机器的情况下进行工艺调整,以稳定地达到理想的条件。

通过在MAM工艺上实施最新的Xiris HDR焊接相机,提供给操作员的图像质量足够清晰,以实现在MAM机器上实施某种形式的质量保证和工艺控制的目标。通过使用专门的电子设备,Xiris HDR相机可以实现远远超过10,000,000:1的对比度,或大约140dB的信号范围。然后,图像被映射成8位,用于显示,这样操作员就可以看到图像中较亮和较暗区域的更清晰的细节,而不需要通过焊接玻璃观看进程的细节,而不必通过焊接玻璃。软件工具允许操作员控制摄像机,记录和回放视频,并处理摄像机的图像,以提取有关沉积过程的信息。

最终目标

理想情况下,未来的MAM机器将包括一个系统控制器,通过处理来自HDR相机的视频和从视频中提取有关过程的数据,使用多个HDR焊接相机实时监控金属熔化。一个使用摄像机的典型设置如下。

通过获取和自动处理安装在电源周围的2-4台摄像机的视频,将检测到任何偏离理想条件的情况,包括:

  • 每个新沉积层的尺寸变化

  • 前一层的边缘位置和尺寸,以便于对齐

  • 焊池的形状、大小或外观

  • 焊缝电弧和保护气体的形状、大小和亮度

  • 检测凝固材料中的应力断裂(裂纹)或孔隙度。

任何上述偏差将被机器控制器检测到,它将自动调整MAM机器的预期输入参数(例如,速度、温度、功率水平、输入材料类型)。控制器将使用任何误差信息(幅度、变化率或累积误差),作为对来自HDR摄像机的视频进行图像处理的结果,来进行工艺终端材料调整。通过提供这样的闭环反馈,结果是一个更稳定的沉积过程,制造出更一致、无缺陷的零件。

结论

只有通过实施质量和过程控制,才有可能从连续运行的MAM机器上大规模生产出一致的产品。

高动态范围(HDR)相机可以在这种质量和过程控制的发展中发挥重要作用,它可以生成高对比度的图像和视频,供操作人员用来观察材料在增材制造过程中的表现。这种能力允许少量人员从远程位置或集中控制室操作复杂的MAM制造过程。

在目前的状态下,MAM工艺技术面临着一些与尺寸和可扩展性、高材料成本、狭窄的材料范围、有限的多材料打印能力以及质量一致性问题有关的挑战。MAM质量工艺技术的持续进步是解决这些局限性的关键,并有望推动MAM在整个行业的广泛采用。基于摄像头的系统可以在这些进步中发挥重要作用。

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