1 应用背景

◆ 行业背景介绍

3D激光打印技术是现在被广泛研究的增材制造技术。增材制造融合了计算机辅助设计、材料加工a与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医l用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

3D激光打印的方法，以激光束、电子束、等离子或离子束为热源，加热材料使之结合、直接制造零件的方法，称为高能束流快速制造，是增材制造领域的重要分支，在工业领域常见。

3D激光打印的过程中，热成型是关键的部分，由于速度、距离、材料等特性的不同，在粉末逐层堆叠累积的过程中，温度会出现异常，如跳变、过高、过低、不均匀等，造成打印后的结构件性能下降，韧度差、弹性不够、变脆、隐纹等，因此对材料在热熔融到成型这一过程，温度的监控就变得非常关键，其直接关系到熔融材料的熔融状态，材料涂覆成型的温度以及成型过程的温度变化。材料在经过打印头到成型的过程中，其温度是成型过程直接的监控量化标准，温度的准确和良好的变化规律是做出符合要求的产品的关键。

◆ 当前解决方案及存在的问题

• 传统点温枪、热电偶监测方案：

目前国内外大部分3D都采用“盲”打工艺，需总结大量的工艺数据，成型工艺非常复杂，往往每一种形状零件、每一种材料都需要不断的试验，而对金属粉末融化和凝结过程中的温度监控又缺乏有效的手段，目前仅在打印开始阶段采用点温枪的方式测量基板某点的温度，而在打印过程中对每层金属打印零件的温度没有任何有效的监控手段。

• 痛点：点温枪只能用于打印开始阶段，用于测量基板的温度，而在打印过程开始后，是在密闭的环境内进行，所以在打印过程中是不允许物体进入打印空间内，且点温枪只能读取某个单点的温度，对整个激光打印的过程不能进行有效监控，也不能追踪整个打印过程中温度实时曲线变化，不能从根本解决客户的需求。

2 客户需求

◆ 系统功能需求

• 短焦镜头：考虑到安装距离比较近，而且需要看清楚材料表面的温度分布，及温度变化过程，尽可能选择短焦镜头。

• 高帧频：材料打印速度快，1-2s的时间段内，需要走完3mm的长度行程，选择50Hz帧频及以上帧频*佳。

• 测温范围宽，-20℃-550℃，精度高，满足±2℃。（材料的温度在打印瞬间可达到1000℃，而凝结过程中，温度会快速下降至500℃以内，目前只需关注凝结后的温度，因为凝结后的温度会影响下次铺粉时间及是否铺粉）

• 结构紧凑，接口丰富，且支持SDK二次开发。

• 考虑到金属融化凝结过程温度变化很快，温度采样频率高，建议100ms内采集一次温度数据。

• 实时温度监测：需要在实时打印监测表面的温度变化状态，及温度数据，温度采样时间建议小于100 ms，并可绘制温度曲线，从而确认新材料的工艺温度。

• 温度异常时，可联动声光报警器等报警装置，提醒工作人员，并控制PLC停止打印。

◆ 现场实施和培训

现场红外热成像安装和轨道设计解决方案由客户提供和实施，艾睿负责现场技术指导和培训。

3 现场应用场景

◆ 红外相机安装位置

红外热成像的安装方案是通过固定支架或导轨安装于基板上方50cm位置，安装时有一定的倾斜角度，尽量避免基板光滑的反射面对测温精度的影响。

◆ 不同尺寸和材质的打印件温度监测及效果

针对不同尺寸和材质的打印件温度监控方案，可以选择不同焦距的镜头及调节相应材质的发射率，来实现看清每个打印件表面温度分布细节及保证测温精度。在每层金属粉融化、凝结后温度一旦超过警戒阈值，可以及时联动PLC控制停止下一层铺粉，同时联动声光报警器提醒工作人员检查设备运行状态和打印件打印质量，从而降低打印件成品的不良率。

◆ 温度历史报告和温度曲线

3D激光打印过程中，可以生成每层打印件的温度分布历史报告和温度曲线，包括打印温度、铺粉前温度、铺粉后温度，客户可以简便高效地掌握增材打印头的工作温度，对打印出料后成型的材料可以做温度检测和成型温度及冷却曲线研究，通过对大量红外及温度结果与增材制造产品的质量关系的探索，对生产加工工艺、质量控制、参数控制和材料性能拓展方面得到更多的成果和经验。

4 系统解决方案及应用效果

3D激光打印红外解决方案：

◆ 产品方案：

• 将在线式热像仪通过固定支架或导轨安装于基板上方50cm位置，安装时有一定的倾斜角度，尽量避免基板光滑的反射面对测温精度的影响。

• 红外可视化监控整个基板面打印件的温度；

• 针对材料打印速度快的需求，可选用AT31F/AT31/AT31U系列，帧频高达50HZ.

• 根据检测区域温度特性，设定告警参数，来实现铺粉前和铺粉后打印件温度异常波动早期预警和报警;

• 红 外 热 像 仪 通 过 网 线 传 输 到 3 D 打 印 机 控 制 端 进 行 图 像 显 示 、温 度 检 测 、告 警 检 测 / 输 出，并 可 设 置 报 警 阈 值 并 联 动 铺 粉 设备 运行、停止，同时联动声光报警器，提醒工作人员注意打印设备运行状态及打印件的打印状态。

产品推荐一：AT31F/AT61F

◆ 产品技术特点：

• 采用氧化钒非制冷红外焦平面探测器平面探测器，图像清晰、检测精度高；

• 测温范围为-20~+550℃，测温精度：±2℃或读数的±2%；工作温度范围宽，-10℃~+50℃，满足工业仓储温度要求;

• 镜头模组化体积小，安装方便；

• 点/线/面 不同类型感兴趣区域设定；

• 区域高温/低温/温升在线监测/IO告警输出;

• 支持多协议如ONVIF/GB28181/ModbusTCP接入工业或物联网系统，适用不同工业场合。

产品推荐而二：AT31/AT61

◆ 产品技术特点：

• 测温精准，宽测温范围-20℃-550℃，测温精度±2℃

• 支持POE供电

• 支持GB28181

• 支持电调焦

• 高帧频50HZ

• 温度流数据和图像流数据同时输出

• 支持基于LINUX、WINDOWS平台的SDK二次开发，便于客户集成开发

• 搭配专业PC软件，可以实现多台设备在线实时监测，支持ONVIF协议

产品推荐三：AT31U

◆ 产品技术特点：

• 超宽测温范围0℃-1500℃，测温精度±2℃或±2%

• 高帧频50HZ

• 支持多种测温工具，任意固定点；全屏幕*高/低温捕捉；中心点测温；线/区域分析工具；手动温宽选择；雷达测温工具

• 支持基于LINUX、WINDOWS平台的SDK二次开发，便于客户集成开发

• 支持多协议如ONVIF/GB28181/ModbusTCP接入工业或物联网系统（支持传输区域温度信息）

◆ 系统软件：

可根据我方提供SDK开发定制软件，也可选用我司IRT-VMS工业测温客户端软件。IRS-VMS软件支持我司多系列测温产品接入，如ATATFAT31U等产品。支持最l多64个实时画面视频预览、报警配置、伪彩选择、测温工具配置、自动生成测温温度数据曲线、温度报告。

5 产品/方案优劣势分析

优势

· 非接触实时在线测温:不影响被测物体,并采集整个画面所有温度点,自动捕捉全屏或区域*热点,直观看到问题点,高效率无盲区地查找问题。

· 宽测温范围:针对不同客户需求,可提供不同测温范围的产品,从-20°C-550°℃,从OC-1500°C可选。

· 高帧频:根据客户需要,可选择高帧频50HZ产品,用于快速打印过程温度监控。

6 产品/产品推广/测试/使用过程中遇到的问题及解决办法

◆ 问题

· 铺粉前和铺粉后,同一种金属温度测量不一致,相差30°C。

· 打印过程中,每层金属粉融化后,打印件表面比较光滑,会对红外测温精度有影响。

◆ 解决办法：

· 铺粉前和铺粉后虽然是同一金属材质,但是表面的粗糙程度不一样,可以调节发射率调整。

· 红外相机尽量倾斜安装,避免正对基板上方。

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