增材制造中的OES過程監(jiān)控
增材制造
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。
增材制造相對(duì)傳統(tǒng)制造具有許多優(yōu)勢(shì)，包括減少浪費(fèi)，增加內(nèi)部復(fù)雜性以及消除對(duì)特定產(chǎn)品的工具的需求。但直接的材料沉積中產(chǎn)生的熔化物也會(huì)引入缺陷，在過去這些缺陷限制了3D打印機(jī)在原型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。這些缺陷通常來自于多種源頭，包括熔池不穩(wěn)定，意外的熱變形，環(huán)境異常和激發(fā)源的波動(dòng)。
因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)對(duì)于降低缺陷率至關(guān)重要，可以完全發(fā)揮增材制造的所有優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于金屬3D打印實(shí)時(shí)監(jiān)控顯得尤為重要，這不僅是因?yàn)椴牧铣杀驹黾樱驗(yàn)槠渚哂袠O高的熔點(diǎn)。幸運(yùn)的是， 3D打印中使用的高溫促進(jìn)了被動(dòng)光學(xué)發(fā)射光譜（OES）監(jiān)控手段的集成。
下圖顯示了將AvaSpec光譜儀集成到DED打印頭中的案例，圖中，信號(hào)光是通過相對(duì)于激光器的光軸成60度角定向的光纖收集的。
集成在DED打印頭中收集光信號(hào)的光纖和光學(xué)器件
光譜儀要求
當(dāng)利用OES數(shù)據(jù)進(jìn)行增材制造過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，需要很高分辨率的光譜儀才能區(qū)分相似的原子，荷蘭Avantes公司的 AvaSpec-ULS4096CL-EVO光譜儀是一個(gè)非常理想的選擇。它使用3600線/毫米光柵，能夠在200 nm至400 nm范圍內(nèi)提供高達(dá)0.05 nm的分辨率。
此外， AvaSpec-VRS4096CL-EVO 配有CMOS探測(cè)器，與CCD探測(cè)器相比，它具有出色的線性度和動(dòng)態(tài)范圍，因此非常適合OES應(yīng)用。Avantes公司的光譜儀還有專有的高速電子觸發(fā)，高速數(shù)據(jù)傳輸速率和強(qiáng)大的數(shù)字I / O功能，這都使得AvaSpec系列光譜儀可直接集成到高速檢測(cè)系統(tǒng)中。
將光譜儀集成到3D打印機(jī)中時(shí)，選擇適合特定環(huán)境條件的光纖也是非常重要的。在嚴(yán)苛的制造環(huán)境中，帶有金屬鎧甲的光纖可提供很好的保護(hù)，但光纖的柔韌性會(huì)稍微降低。因此，在選擇光纖種類時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械限制進(jìn)行綜合考慮非常重要，如光纖及線纜的走線管理。在某些情況下，如果光纖端部非常靠近熔池，則可能需要耐高溫（最高耐500攝氏度）的光纖組件。Avantes公司提供了多種光纖類型，以確保您可以找到滿足特定集成需求的解決方案。