红外热像仪在激光增材制造测温中的应用

应用背景：

激光增材制造（LAM）技术简介：增材制造（AM），同样被称为3D打印，是一个备受关注的领域，已被公认为是一种以逐层方法生产工程组件的先进工艺。它既为现有设计提供了替代的制造路线，又支持了使用传统技术无法实现的复杂性的新设计。在不同的AM加工路线中，激光增材制造（LAM）是高效的增材制造手段之一，因为它具有以低成本、高质量和高生产率制造产品的潜力。

LAM技术按其成形原理可分为两类：

（1）以同步送粉为技术特征的激光熔覆沉积（Laser Cladding Deposition，LCD）技术。

（2）以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。

这两种典型LAM技术的成形原理及其特点如下：

1、LCD技术成形原理及特点

LCD技术是快速成形技术的“叠层累加”原理和激光熔覆技术的有机结合，以金属粉末为成形原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息的加工路径，将同步送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。LCD系统主要包括：激光器、冷水机、CNC数控工作台、同轴送粉喷嘴、送粉器及其他辅助装置。

LCD技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点：

（1）无需模具，可生产用传统方法难以生产甚至不能生产的复杂形状的零件；

（2）宏观结构与微观组织同步制造，力学性能达到锻件水平；

（3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；

（4）既可定制化制造生物假体，又可制造功能梯度零件；

（5）可对失效和受损零件实现快 速修复，并可实现定向组织的修复与制造。

2、SLM技术成形原理和特点

SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。选区激光熔化系统主要由激光器及辅助设备、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。

SLM技术具有以下优点：

（1）成形原料一般为金属粉末，主要包括不锈钢、镍基高温合金、钛合金、钴-铬合金、高强铝合金以及难熔金属等；

（2）成形零件精度高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求；

（3）适用于打印小件；

（4）成形零件的力学性能良好，一般力学性能优于铸件，不如锻件。

红外热像仪在激光增材制造测温中的应用：

在LCD制造过程中会产生高温合金成形过程熔覆层开裂的问题，通过红外热像仪器测量熔覆过程中材料的温度变化，可以优化工艺，使成形件缺陷大大减少，致密度增加，性能接近甚至超过同种材料锻造水平。

红外像仪也可以测试热处理过程中的温度变化，通过测试所得得温度变化，改进工艺参数消除热处理和热等静压对成形件微观组织和性能 的影响，大大降低了组织内应力，消除了层间气孔等缺陷，使成形件沿沉积方向的韧性和高周疲劳性能达到了锻件水平。

使用不同的红外热像仪可以有不同的作用：

长波红外热像仪可以观测熔覆过程中整个熔覆区域表面温度分布和热扩散情况。

短波红外热像仪最高可测高达3000℃温度，可快速响应测量熔池温度的快速变化，以及熔覆颗粒的温度变化。

LSM过程中因为金属粉末需要使用特殊气体进行保护，故都是在设备内保护气体的情况下进行，此时想要测的熔池温度，只能使用短波红外热像仪透过玻璃窗口进行测试，华景康短波红外热像仪可完全满足此场景的测温需求，通过测试烧结过程中熔池的温度，调整工艺参数，提升打印的器件质量，短波红外热像仪可现场测试以及录制温度数据进行分析。