展前扫码注册，获得免费门票
由于增材制造（AM）技术是新兴的制造工艺，过去几年爆发式的发展和增长主要来自于打印设备的升级，而零件的设计潜力未被充分挖掘出来，所以，相配套的检测方法的发展则相对滞后。据了解，绝大多数AM部件生产商仍在采用那些在传统制造业如铸造、锻造和金属注射成型等行业里经常使用的机械和无损检测方法。只有一些关键行业（如航天和航空）的生产商已经要求采用更加先进的检测手段，如计算机断层扫描。本文主要介绍常见的检测手段以及新的用于具有独特而复杂形状的AM部件的检测方法。
常见的检测方法
传统制造工艺通常要求对部件的尺寸和内外部进行检测，在某些特殊的应用场景下还要求对表面粗糙度进行检测。对于尺寸检测，通常使用坐标测量机、量具和结构光扫描仪。对于外部表面的检测，可选择目测（VT）、荧光液体渗透（FPT）和涡流检测（ET）等方法。内部检测则可以使用超声波检测（UT）、射线检测（RT）和计算机断层扫描检测（CT）等。
AM部件的特殊性
对于几何形状简单的AM部件，这些传统的检测手段很可能已经足够了。而对于更复杂的部件，还需要寻找可替代的、新的检测方法。原因是：第一，选区激光熔覆（PBF）和直接能量沉积（DED）等增材制造工艺都是逐层制造和打印零件的，这会产生和铸、锻件不同的缺陷或瑕疵。第二，许多AM部件的几何形状非常复杂。传统制造工艺中，复杂部件通常是由多个零部件组装而成。每个零部件都会有各自的检验要求。虽然，一体化的AM部件只需要一套检测要求。但是，复杂的内表面，由于其可及性差，会对表面检查带来很大的挑战。第三，AM零件的表面粗糙度会影响部分检测方法的结果，比如涡流检测法。一些外表面可以做一些后续的表面预处理，但内表面不会是光滑的，这可能是一个问题。
壁厚的CT成像，图片来源：[1]
探索新的检测手段
激光超声检测（LUT）的原理是利用激光脉冲辐照材料表面，因热弹性效应产生应力脉冲，应力脉冲同时以纵波、横波和表面波等形式的超声波向试样内部或沿表面传播，通过超声波的反射、散射或衰减来表征缺陷，从而获取工件信息和缺陷特征，比如工件厚度、内部及表面缺陷，材料参数等。如果激光功率足以将表面加热到沸点以上，表层材料就会被气化（通常为几纳米），气化的材料的反冲效应就会产生超声波。在烧蚀过程中，材料表面上方通常会形成等离子体，等离子体的膨胀对超声波的产生有很大的影响。该方法的检测精度一般可达0.1毫米。激光超声波的特点（非接触、复杂形状、宽频带等）使其有可能成为工艺开发、加工中或加工后零件检测的有用技术。
y
激光超声波检测内部缺陷示意图，图片来源：[4]
CT检测可以检测出大多数严重的缺陷，是表征内部特征和几何形状的重要工具。随着部件变得越来越厚、越来越复杂，CT的灵敏度将无法满足探测内部缺陷的要求。在部件超出CT检测能力范围的时候，AM制造商正在探索使用共振声学法（RAM）[5]。
与其它传统的无损检测技术相比，只有RAM才能在一次测试中检测出整个零件的所有缺陷（包括深层次表面缺陷）。任何结构的变化都会引起频率差异，因此，RAM能检测到的典型问题包括裂纹、碎屑、气孔、加工问题、密度变化、硬度、应力、晶粒结构差异以及加工和热处理误差。
测试数据来自由轻击产生的机械脉冲。该脉冲会激发部件中的所有自然共振频率。自然共振由传感器捕捉，通常是麦克风或加速度传感器。传感器收集的数据经快速傅立叶变换（FFT）算法处理，从而得到单个共振频谱输出。如何将不同的信号从复杂的结果中提取出来并进行归类是该方法的一个关键所在。
不同检测方法的对比，图片来源：ASME
参考资料：
[1] https://www.qualitymag.com/articles/95561-additive-manufacturing-and-the-inspection-processes
[2] https://3dadept.com/quality-assurance-control-metrology-and-inspection-for-additive-manufacturing/
[3] https://all3dp.com/1/quality-control-in-additive-manufacturing/
[4] 10.3390/s131216146
[5] https://www.qualitymag.com/articles/97251-nondestructive-testing-using-the-resonance-acoustic-method
[6] 10.1080/09349840801931817
[7] https://doi.org/10.1007/s40194-020-01034-7
来源：洞察金属增材制造
原创文章，作者：，如若转载，请注明出处：https://xiangwen.net.cn/?p=901
