Page 132 - 无损检测2024年第九期

颜江涛，等：

金属增材制造检测技术与质量控制研究进展

2022 年伊朗阿米尔卡比尔技术大学DASTGERDI 测重复利用回收粉末制造的Ti-6Al-4V柱件的孔隙
等 [25] 使用分辨率为5 μm、管电压为170 kV和功率为 率分布，可检测出直径20 μm至440 μm的孔隙，平
5. 1 W的XCT设备拍摄SLS制造的 316L钢试件， 均孔隙率为0. 10±0. 02%，得出重复使用粉末不会
比较了层厚分别为 20 μm和 40 μm、水平和垂直成 对电子束粉末床熔融制造的Ti-6Al-4V孔隙分布有
形方向制造的试件内部缺陷特征分布，发现垂直成 显著影响的结论，其检测结果如图6所示，可以看出
形比水平成形的试件具有更大的孔隙，其中层厚为 CT检测具有微米级高空间分辨率，能敏锐捕获打印
40 μm的垂直成形样品的内部孔隙体积最大。华盛 输入参数变化导致的材料内部状态演变，已成为量
顿大学GHODS等 [26] 使用分辨率为 9 μm的μCT检 化内部缺陷的优质选择。

图 6 粉末重复利用打印的 Ti-6Al-4V 孔隙率 CT 检测
常规超声适用于结构不太复杂、表面形貌较好、 用传感实时监测，提供打印信息全过程可追溯的记
不受耦合剂影响的金属增材制件的表面和内部缺陷 录，在缺陷产生时能及时检出，并停止打印或采取
检测，激光超声技术改进了常规超声的不足，是服务 适当措施修复；在打印质量不稳定时传感数据能及
于增材制件缺陷识别的可行方案，不过材料各向异 时反馈给设备，指导增材工艺的及时调整。国内外
性和孔隙会使反射、透射信号在内部传播时出现不 学者对增材制造过程的实时在线检测和工艺调控
同程度的衰减，接收的模态波类型受限且易淹没于 的可能性展开了技术探索，通过在线检测手段及
噪声中，加之激光超声信号的多模态特性可能导致 时发现缺陷及尺寸精度等方面的问题并及时调整
波形复杂混叠，因此根据信号不同的时频特性准确 工艺。
联立不同缺陷类型，以及提高信号特征提取精度是 金属增材制造过程是一种同时发生高能热源与
激光超声技术应用于增材制造的关键问题。CT检 材料的交互作用、快速反复循环加热和冷却下的组
测覆盖范围广、检测结果直观，有微米级的内部缺陷 织演化的复杂多物理场耦合的强非平衡冶金过程，
表征能力。上述事后检测是在增材制造完成后进行 过程中的熔池、温度场、羽流及飞溅、声波特性等特
缺陷检测和质量评价的，结果具有滞后性，当检测 征量可以通过在线检测设备收集，这些特征量的异
出的缺陷数量过多或尺寸超过允许范围，即代表质 常状态与缺陷的形成有密切联系。其中熔池图像包
量及性能不达标，存在制件报废的风险，提高了制 含了丰富的时空演变信息，结果较为直观全面；温度
件生产成本。因此事后检测虽可用来评估最终质量 场、羽流及飞溅包含了动态过程平稳性信息；声波特
以及探究不同工艺参数与成形件质量的映射规律， 性可反映打印过程等离子体变化以及捕捉气孔、裂
但对于制件质量只能被动接受，无法主动、及时地 纹等缺陷的形成和变化。PBF和DED在线检测设
调整。 备集成的典型方案 [27‒28] 如图7所示，用于监测上述
2.2 在线检测技术 特征量的具有快速响应特性的传感设备包括高速相
在线检测技术是指在增材制造打印过程中利 机、热成像仪、光电二极管和声学传感器等。
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2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测