Sigma Labs和Materialise開發(fā)新平臺，實現金屬3D打印的實時糾錯

導讀：金屬3D打印部件的成型需要經過復雜的物理冶金過程，而現行的技術手段很難確保加工工藝的可重復性和質量一致性，這一點極大限制了激光增材制造的廣泛應用，尤其是航空航天領域的高附加值零部件的批量生產。所以，有效、可靠的質量保證和過程監(jiān)控是增材制造用戶最重要也是最迫切的需求。

2022年1月27日，南極熊獲悉，質保軟件開發(fā)商Sigma Labs與3D打印服務提供商Materialise（瑪瑞斯）合作開發(fā)了一項技術，可以在金屬增材制造過程中實時糾正錯誤。

這項技術有效地結合了Sigma Labs的PrintRite3D系統(tǒng)和Materialise的控制平臺，其獨特之處在于它允許用戶識別并解決合金粉末熔合時出現的問題。Materialise稱新平臺是金屬3D打印的一個突破，它現在可以讓使用者提高其工作流程的一致性和可擴展性。

Materialise首席技術官Bartvan der Schueren解釋說："該平臺是開放和靈活的，允許制造商控制他們的具體流程，以適應個性化的應用。這使得客戶可以充方發(fā)揮他們的專業(yè)知識，并真正利用AM提供的定制和本地化的優(yōu)勢。我們開發(fā)的平臺消除了使用金屬增材制造進行批量生產的制造商最常見的路障之一。"

△新平臺基本上融合了Materialise的控制平臺和Sigma實驗室的PrintRite3D系統(tǒng)。圖片來自Materialise。

Sigma實驗室的QA專長

雖然Materialise在軟件、制造和咨詢方面都有涉足，但Sigma Labs只專注于生產中的質量保證。該公司憑借其主打產品PrintRite3D，銷售由軟件和硬件跟蹤模塊組成的解決方案，利用實時數據發(fā)現零件缺陷，然后部署機器學習來映射其根本原因。

PrintRite3D系統(tǒng)的設計與平臺無關，既可以作為現有機器的改造安裝，也可以作為打印機制造商的工廠選項。然而，盡管這款主要產品具有廣泛的兼容性和零件缺陷分析優(yōu)勢，Sigma Labs的利潤仍然很低，因此它繼續(xù)尋求新的采用者和匹配更廣泛的3D打印市場的途徑。

例如，去年3月，該公司就曾獲得洛克希德-馬丁公司的合同，其技術被評估為可應用于各種國防和民用空間項目。在研發(fā)方面，它已經使PrintRite3D與聚合物兼容，此舉有效地擴大了該系統(tǒng)的應用。

如今，在Sigma實驗室和Materialise的新平臺揭幕后，該公司的首席執(zhí)行官Mark Ruport表示，這兩家企業(yè)今后可以繼續(xù)合作，擴大金屬3D打印的可擴展性和吸引力。

Ruport補充說："我們相信Materialise控制平臺與Sigma的實時熔池監(jiān)測和分析軟件的結合，已經在AM行業(yè)創(chuàng)造了一個重大突破。我期待著未來的合作機會，并找到繼續(xù)提高3D金屬打印質量和一致性的方法，因為未來幾年有更多的公司投入生產。"

△洛克希德-馬丁公司的商業(yè)衛(wèi)星在太空中，Sigma實驗室在2021年3月被洛克希德-馬丁公司授予其PrintRite3D平臺的合同。圖片來自洛克希德-馬丁公司。

金屬3D打印上的突破

為了創(chuàng)建他們的新監(jiān)測系統(tǒng)，Sigma實驗室和Materialise將各自的PrintRite3D軟件和控制平臺硬件技術合并在一起。后者的主要組成部分基本上是一個插件，用戶可以將其嵌入基于激光的機器中，作為獲得增強的打印參數控制的一種手段。

在常規(guī)情況下，該技術允許采用者訪問超過250個設置，以確定理想的生產設置，而其架構是為了與多達16個激光器的多光學系統(tǒng)一起工作。據稱，Materialise的平臺與所有PBF和SLM系統(tǒng)兼容，還包括一個自動校準工具API，旨在讓用戶輕松實現制造效率最大化。

通過將該平臺與Sigma實驗室的PrintRite3D技術相結合，這兩家公司已經開發(fā)出一種方法，可以準確定位潛在的質量問題，并在打印件被破壞得無法恢復之前進行干預，以糾正這些問題。Materialise表示，通過這樣做，這兩家公司已經想出了一種提高金屬3D打印的生產力和效率的方法，使采用者能夠擴展到批量生產。

更重要的是，該公司認為新平臺還有可能解決 建造后檢查和質量保證的需要，這可能使金屬3D打印比許多傳統(tǒng)技術更昂貴，特別是考慮到它既可以安裝在新機器上，也可以用來改善現有系統(tǒng)的打印質量。

△研究員ChaseJoslin使用ORNL開發(fā)的'Peregrine'3D打印監(jiān)控軟件。照片來自Luke Scime/ORNL。

實時金屬打印監(jiān)測

盡管在過去幾年中已經開發(fā)了一些實時金屬3D打印監(jiān)測解決方案，但這些方案在很大程度上仍是實驗性的，并沒有在商業(yè)環(huán)境中應用。去年年底，勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的一個團隊想出了一個新穎的基于高速攝像的方法來優(yōu)化金屬材料的噴射過程。

當涉及到監(jiān)測基于粉末的系統(tǒng)時，橡樹嶺國家實驗室的研究人員也開發(fā)了一個基于人工智能的實時跟蹤軟件。該算法被稱為 "Peregrine"，旨在評估生產過程中的零件質量，并作為昂貴的實驗室表征設備的一個潛在的成本效益替代。

在此之前，類似的技術也吸引了軍方的支持，德克薩斯大學埃爾帕索分校的金屬3D打印項目獲得了美國陸軍研究實驗室的資助，最近，Senvol的機器學習軟件獲得了美國國防部的新投資，以擴大其'ML'平臺的增材制造材料和工藝鑒定能力。