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2020年10月22日，南極熊獲悉，埃因霍溫理工大學(xué)的博士研究員Thomas Hafkamp正在開發(fā)一種用于快速成型制造的新型閉環(huán)控制系統(tǒng)。

Hafkamp在其題為 "Towards closed-loop control in photopolymer-based additive manufacturing "的論文中詳細介紹了他的工作，他的工作重點是基于樹脂的SLA工藝。雖然SLA工藝發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但大多數(shù)3D打印機并沒有利用傳感器數(shù)據(jù)來實時糾正打印工作，基本上是在一個開環(huán)上運行，據(jù)此預(yù)定義的打印參數(shù)決定了零件的質(zhì)量和成功。

△理想的閉環(huán)控制系統(tǒng)，圖片來自埃因霍溫理工大學(xué)

反饋回路的力量

雖然2020年的SLA系統(tǒng)比以往任何時候都要復(fù)雜，但仍然存在打印失敗的問題。要在第一次運行時就完美地制造出一個零件，需要大量的技巧和經(jīng)驗（以及運氣），這就需要基本上采用試錯的方法。用Hafkamp的話來說，你不可能 "CTRL + P，然后從3D打印機中得到一個無缺陷的產(chǎn)品"。

閉環(huán)可能是解決這個問題的答案，使用傳感器數(shù)據(jù)和智能算法來抵消干擾，否則會導(dǎo)致零件質(zhì)量下降。在SLA的背景下，反饋控制需要一次性解決系統(tǒng)的過程模型、傳感器和執(zhí)行器。

光固化的閉環(huán)控制

Hafkamp的工作首先進行了全面的文獻回顧，研究者在理論上證明了這種控制系統(tǒng)是可能的。然而，他確定主要的限制將是系統(tǒng)的測量方面，因為相關(guān)的機器實現(xiàn)的傳感器并不完全是現(xiàn)成的。他主動設(shè)計、制造和測試了一種新的光學(xué)測量儀器來解決這個問題。

這套新的測量儀器能夠測出光敏樹脂固化的程度，也就是說對樹脂的固化狀態(tài)進行測量。

△Hafkamp的儀器測量的光聚合過程，圖片來自埃因霍溫理工大學(xué)

作為概念驗證，Hafkamp在TNO材料解決方案實驗室設(shè)立了一個實驗，包括一個紅外光譜儀、一個UV LED執(zhí)行器和一個嵌入式控制器。該儀器配有他自己開發(fā)的軟件，可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通信。結(jié)果顯示，該儀器能夠以每秒2萬次的速度快速測量，為未來更全面的、可用于3D打印機的實時控制系統(tǒng)做好了鋪墊。

△近紅外測量儀器，圖片來自埃因霍溫理工大學(xué)

實時過程監(jiān)控和質(zhì)量控制是增材制造領(lǐng)域積極研發(fā)的一個領(lǐng)域。最近，賓夕法尼亞州立大學(xué)從科技公司3M獲得了18萬美元的資助，用于探索金屬3D打印的質(zhì)量控制方法。該團隊將使用無損評估（NDE）方法，即在不傷害零件或系統(tǒng)的情況下對其進行測試，以評估使用粘結(jié)劑噴射工藝3D打印的零件。

橡樹嶺國家實驗室的研究人員最近開發(fā)了一個基于人工智能的軟件，能夠?qū)崟r監(jiān)控PBF 3D打印過程。算法在生產(chǎn)過程中評估零件的質(zhì)量，是替代表征設(shè)備的高性價比產(chǎn)品。