缺陷检测：对LPBF金属3D打印的粉末床进行自动分析

如今，航空航天领域已经将3D打印技术作为一种重要的制造手段用于日常生产，尤其以粉末床激光熔融工艺（L-PBF）的应用最为普遍。但成型质量保障一直是限制其获得更广泛应用的限制因素。

在3D打印过程中，每层打印后的铺粉是一个至关重要的步骤，但也极易出错。如果铺粉不均匀或不完整，最终组件可能会出现缺陷。

目前，L-PBF系统中配备的传感器和摄像头可以监控铺粉过程。通常情况下，需要工程师手动分析未铺粉区域、铺粉装置损坏或其他缺陷，非常耗时。例如，一个3D打印的金属部件可能会生成2500张图像，如果每张图像分析需要3秒，那么仅在一项构建任务上，工程师就需花费超过2小时。更重要的是，由于分析通常在后处理中进行，所以缺陷往往只有在部件打印完成后才能被发现。

因此，对制造过程进行深入理解，并将质量缺陷追溯到其源头是至关重要的。然而，在复杂且新颖的制造过程中，往往不清楚哪些机器设置会相互影响，以及一个制造步骤中的哪些工艺参数可能会影响下一个制造步骤。

快速准确追踪质量缺陷，分析组件上的缺陷并进行追踪，自动检测缺陷模式，就显得极为重要，成为实现一致质量保证和稳定制造流程的关键。

这种分析能力，无疑会受到航空航天领域应用部门的期待。

一个过程的复杂性往往与其对透明度的需求成正比。为了解决这一问题，质量分析应用简化了缺陷检查工作，使用户能够在几次点击之内确定缺陷的根本原因。该应用会自动向用户展示每个组件的数字孪生体，以伪彩色形式呈现全面数据。通过应用热点过滤器或直方图等功能，用户可以特别搜索数据中的异常值或缺陷模式，并在组件中准确定位它们。CAD模型的叠加有助于用户进行定位。此外，该应用还可以比较多个组件，并自动显示它们之间最大的工艺差异。最后，来自不同工艺步骤的数据（如制造数据和非破坏性测试数据）可以进行关联，以识别潜在的相关性。

以上功能便是由一家名为nebumind的公司推出的产品所实现的，而如今，航天公司Isar Aerospace已在其3D打印流程（L-PBF）中集成了该软件。简单的说，这款软件能在铺粉时自动识别和报告缺陷，从而大幅节省制造时间和成本。在以往，工程师需通过繁琐的手动流程来评估粉末床图像，以便发现潜在异常并评估它们对组件质量的影响。而现在，nebumind软件能自动分析这些图像来检测缺陷，并为工程师提供评估打印过程质量的关键信息。

作为航天工业的新锐企业，Isar Aerospace依赖先进的制造技术如激光粉末床熔合（L-PBF）来制造复杂的发动机部件。

通过接入自动缺陷检测，软件能接收由分辨率为1280×1024像素的光学相机生成的粉末床铺粉的前后图像，并通过直接机器界面自动提取。软件使用一种专门算法，主要利用图像和边缘检测技术，来自动识别图像中的缺陷。此外，该软件还能跨多层分析缺陷位置，以降低误报率。

通过引入nebumind软件，与原先的手动分析相比，Isar Aerospace节省了高达80%的时间，工程师现在只需专注于算法标记的图像。

然而，该软件目前仍只能做到打印后检测。智能检测的未来将是实时的，这将使软件能立即发现潜在异常，从而在出现无法修复的缺陷时及时停止打印。