人工智能在每個(gè)特定領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，包括：缺陷檢測(cè)和糾正、在構(gòu)建過程中和構(gòu)建之后減少殘余應(yīng)力和故障、原位計(jì)量和設(shè)計(jì)精度、微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合金設(shè)計(jì)和優(yōu)化。目前人工智能用于3D打印過程控制主要是聚焦于控制孔隙（密度）、局部缺陷、過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、設(shè)計(jì)和尺寸精度、微觀結(jié)構(gòu)變化等。

       AM增材制造的熱監(jiān)測(cè)可以使用熱像儀和高溫計(jì)實(shí)現(xiàn)，熱像儀在實(shí)現(xiàn)上類似于可見光相機(jī)，但圖像以假色顯示溫度分布，這些圖像可以包含與熱梯度和結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的信息，這些信息可以由基于圖像的 ML人工智能算法（例如 CNN）解釋。日前，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)推出商用相機(jī)的熔池測(cè)量方法進(jìn)行金屬3D打印過程的高分辨率熔池?zé)岢上瘛?/span>

高速相機(jī)和光學(xué)裝置安裝在卡內(nèi)基梅隆大學(xué) TruPrint 3000 激光粉末床熔融 (PBF-LB) 增材制造設(shè)備頂部
© 卡耐基梅隆大學(xué)

     熱過程控制是金屬增材制造的關(guān)鍵，整個(gè)零件和周圍材料的復(fù)雜熱傳遞會(huì)影響零件的微觀結(jié)構(gòu)。監(jiān)測(cè)零件的溫度特性可提供有關(guān)這些狀態(tài)和潛在缺陷（例如分層、飛濺和孔隙率）的一些信息。

 更好的了解熔池

     卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的新研究已在《增材制造》上發(fā)表，介紹了使用單個(gè)商用彩色相機(jī)測(cè)量熔池溫度的實(shí)驗(yàn)方法。熔池的精確溫度測(cè)量可用于預(yù)測(cè)和識(shí)別缺陷特征，例如鎖孔，鎖孔可能導(dǎo)致裂紋和孔隙，從而導(dǎo)致零件缺陷。

       根據(jù)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程教授 Jack Beuth ，這些熔池溫度場(chǎng)測(cè)量技術(shù)和測(cè)量本身是完全獨(dú)特的，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的方法可以應(yīng)用于任何彩色相機(jī)，以監(jiān)控和更好地了解熔池，從而為各種增材制造工藝生產(chǎn)高質(zhì)量零件。

根據(jù)3D科學(xué)谷，由于分層或裂縫導(dǎo)致的熱流變化可以在熱監(jiān)測(cè)圖像中得到分析，并且已經(jīng)通過ML人工智能算法成功識(shí)別，熱梯度、極端溫度和幾何信息等信息也可以從熱圖像中提取，然后饋送到基于矢量數(shù)據(jù)的ML人工智能算法，例如SVM支持向量機(jī)算法，然而，熱成像相機(jī)的像素分辨率通常低于可見光相機(jī)，限制了對(duì)小特征的檢測(cè)能力。

金屬增材制造缺陷
© 3D科學(xué)谷白皮書

根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)使用了傳感器上內(nèi)置拜耳濾光片的商用彩色相機(jī)來感測(cè)可見顏色。每個(gè)像素僅感測(cè)一種顏色的光，使團(tuán)隊(duì)能夠獲得每個(gè)像素的獨(dú)特測(cè)量結(jié)果。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用一種稱為“去馬賽克”的技術(shù)重建了全彩圖像，并測(cè)量了每種顏色之間的比率以計(jì)算溫度。這種輻射測(cè)量方法避免了與表面特性和視角因素相關(guān)的復(fù)雜性，這些復(fù)雜性對(duì)傳統(tǒng)紅外成像在增材制造工藝中的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型中的未知參數(shù)，以獲得更多關(guān)于熔池微觀尺度上發(fā)生的情況信息。

 更好的質(zhì)量控制

研究熔池的峰值溫度可以幫助研究人員了解生產(chǎn)過程中的材料蒸發(fā)情況。而朝向熔池尾部的梯度有助于研究人員了解最終零件的微觀結(jié)構(gòu)。了解熔池中的物理特性對(duì)于確保零件質(zhì)量至關(guān)重要，因?yàn)槿绻�太多材料蒸發(fā)或熔池變得不穩(wěn)定，制造過程最終可能會(huì)出現(xiàn)完全不同的材料特性和缺陷，從而導(dǎo)致零件無法使用。

金屬增材制造原位監(jiān)測(cè)技術(shù)
      卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的方法為更全面、更根本地理解工藝參數(shù)如何影響熔池物理學(xué)打開了大門，是增材制造工藝開發(fā)的核心問題。展望未來，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員報(bào)告稱，他們計(jì)劃使用該技術(shù)來了解不同的3D打印工藝，例如電弧增材制造 (WAAM) 和定向能量沉積 (DED)3D打印技術(shù)。

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