1 應用背景

◆ 行業背景介紹

3D激光打印技術是現在被廣泛研究的增材制造技術。增材制造融合了計算機輔助設計、材料加工a與成形技術、以數字模型文件為基礎，通過軟件與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫l用生物材料，按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術。

相對于傳統的、對原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，從無到有。這使得過去受到傳統制造方式的約束，而無法實現的復雜結構件制造變為可能。

3D激光打印的方法，以激光束、電子束、等離子或離子束為熱源，加熱材料使之結合、直接制造零件的方法，稱為高能束流快速制造，是增材制造領域的重要分支，在工業領域常見。

3D激光打印的過程中，熱成型是關鍵的部分，由于速度、距離、材料等特性的不同，在粉末逐層堆疊累積的過程中，溫度會出現異常，如跳變、過高、過低、不均勻等，造成打印后的結構件性能下降，韌度差、彈性不夠、變脆、隱紋等，因此對材料在熱熔融到成型這一過程，溫度的監控就變得非常關鍵，其直接關系到熔融材料的熔融狀態，材料涂覆成型的溫度以及成型過程的溫度變化。材料在經過打印頭到成型的過程中，其溫度是成型過程直接的監控量化標準，溫度的準確和良好的變化規律是做出符合要求的產品的關鍵。

◆ 當前解決方案及存在的問題

• 傳統點溫槍、熱電偶監測方案：

目前國內外大部分3D都采用“盲”打工藝，需總結大量的工藝數據，成型工藝非常復雜，往往每一種形狀零件、每一種材料都需要不斷的試驗，而對金屬粉末融化和凝結過程中的溫度監控又缺乏有效的手段，目前僅在打印開始階段采用點溫槍的方式測量基板某點的溫度，而在打印過程中對每層金屬打印零件的溫度沒有任何有效的監控手段。

• 痛點：點溫槍只能用于打印開始階段，用于測量基板的溫度，而在打印過程開始后，是在密閉的環境內進行，所以在打印過程中是不允許物體進入打印空間內，且點溫槍只能讀取某個單點的溫度，對整個激光打印的過程不能進行有效監控，也不能追蹤整個打印過程中溫度實時曲線變化，不能從根本解決客戶的需求。

2 客戶需求

◆ 系統功能需求

• 短焦鏡頭：考慮到安裝距離比較近，而且需要看清楚材料表面的溫度分布，及溫度變化過程，盡可能選擇短焦鏡頭。

• 高幀頻：材料打印速度快，1-2s的時間段內，需要走完3mm的長度行程，選擇50Hz幀頻及以上幀頻*佳。

• 測溫范圍寬，-20℃-550℃，精度高，滿足±2℃。（材料的溫度在打印瞬間可達到1000℃，而凝結過程中，溫度會快速下降至500℃以內，目前只需關注凝結后的溫度，因為凝結后的溫度會影響下次鋪粉時間及是否鋪粉）

• 結構緊湊，接口豐富，且支持SDK二次開發。

• 考慮到金屬融化凝結過程溫度變化很快，溫度采樣頻率高，建議100ms內采集一次溫度數據。

• 實時溫度監測：需要在實時打印監測表面的溫度變化狀態，及溫度數據，溫度采樣時間建議小于100 ms，并可繪制溫度曲線，從而確認新材料的工藝溫度。

• 溫度異常時，可聯動聲光報警器等報警裝置，提醒工作人員，并控制PLC停止打印。

◆ 現場實施和培訓

現場紅外熱成像安裝和軌道設計解決方案由客戶提供和實施，艾睿負責現場技術指導和培訓。

3 現場應用場景

◆ 紅外相機安裝位置

紅外熱成像的安裝方案是通過固定支架或導軌安裝于基板上方50cm位置，安裝時有一定的傾斜角度，盡量避免基板光滑的反射面對測溫精度的影響。

◆ 不同尺寸和材質的打印件溫度監測及效果

針對不同尺寸和材質的打印件溫度監控方案，可以選擇不同焦距的鏡頭及調節相應材質的發射率，來實現看清每個打印件表面溫度分布細節及保證測溫精度。在每層金屬粉融化、凝結后溫度一旦超過警戒閾值，可以及時聯動PLC控制停止下一層鋪粉，同時聯動聲光報警器提醒工作人員檢查設備運行狀態和打印件打印質量，從而降低打印件成品的不良率。

◆ 溫度歷史報告和溫度曲線

3D激光打印過程中，可以生成每層打印件的溫度分布歷史報告和溫度曲線，包括打印溫度、鋪粉前溫度、鋪粉后溫度，客戶可以簡便高效地掌握增材打印頭的工作溫度，對打印出料后成型的材料可以做溫度檢測和成型溫度及冷卻曲線研究，通過對大量紅外及溫度結果與增材制造產品的質量關系的探索，對生產加工工藝、質量控制、參數控制和材料性能拓展方面得到更多的成果和經驗。

4 系統解決方案及應用效果

3D激光打印紅外解決方案：

◆ 產品方案：

• 將在線式熱像儀通過固定支架或導軌安裝于基板上方50cm位置，安裝時有一定的傾斜角度，盡量避免基板光滑的反射面對測溫精度的影響。

• 紅外可視化監控整個基板面打印件的溫度；

• 針對材料打印速度快的需求，可選用AT31F/AT31/AT31U系列，幀頻高達50HZ.

• 根據檢測區域溫度特性，設定告警參數，來實現鋪粉前和鋪粉后打印件溫度異常波動早期預警和報警;

• 紅 外 熱 像 儀 通 過 網 線 傳 輸 到 3 D 打 印 機 控 制 端 進 行 圖 像 顯 示 、溫 度 檢 測 、告 警 檢 測 / 輸 出，并 可 設 置 報 警 閾 值 并 聯 動 鋪 粉 設備 運行、停止，同時聯動聲光報警器，提醒工作人員注意打印設備運行狀態及打印件的打印狀態。

產品推薦一：AT31F/AT61F

◆ 產品技術特點：

• 采用氧化釩非制冷紅外焦平面探測器平面探測器，圖像清晰、檢測精度高；

• 測溫范圍為-20~+550℃，測溫精度：±2℃或讀數的±2%；工作溫度范圍寬，-10℃~+50℃，滿足工業倉儲溫度要求;

• 鏡頭模組化體積小，安裝方便；

• 點/線/面 不同類型感興趣區域設定；

• 區域高溫/低溫/溫升在線監測/IO告警輸出;

• 支持多協議如ONVIF/GB28181/ModbusTCP接入工業或物聯網系統，適用不同工業場合。

產品推薦而二：AT31/AT61

◆ 產品技術特點：

• 測溫精準，寬測溫范圍-20℃-550℃，測溫精度±2℃

• 支持POE供電

• 支持GB28181

• 支持電調焦

• 高幀頻50HZ

• 溫度流數據和圖像流數據同時輸出

• 支持基于LINUX、WINDOWS平臺的SDK二次開發，便于客戶集成開發

• 搭配專業PC軟件，可以實現多臺設備在線實時監測，支持ONVIF協議

產品推薦三：AT31U

◆ 產品技術特點：

• 超寬測溫范圍0℃-1500℃，測溫精度±2℃或±2%

• 高幀頻50HZ

• 支持多種測溫工具，任意固定點；全屏幕*高/低溫捕捉；中心點測溫；線/區域分析工具；手動溫寬選擇；雷達測溫工具

• 支持基于LINUX、WINDOWS平臺的SDK二次開發，便于客戶集成開發

• 支持多協議如ONVIF/GB28181/ModbusTCP接入工業或物聯網系統（支持傳輸區域溫度信息）

◆ 系統軟件：

可根據我方提供SDK開發定制軟件，也可選用我司IRT-VMS工業測溫客戶端軟件。IRS-VMS軟件支持我司多系列測溫產品接入，如ATATFAT31U等產品。支持最l多64個實時畫面視頻預覽、報警配置、偽彩選擇、測溫工具配置、自動生成測溫溫度數據曲線、溫度報告。

5 產品/方案優劣勢分析

優勢

· 非接觸實時在線測溫:不影響被測物體,并采集整個畫面所有溫度點,自動捕捉全屏或區域*熱點,直觀看到問題點,高效率無盲區地查找問題。

· 寬測溫范圍:針對不同客戶需求,可提供不同測溫范圍的產品,從-20°C-550°℃,從OC-1500°C可選。

· 高幀頻:根據客戶需要,可選擇高幀頻50HZ產品,用于快速打印過程溫度監控。

6 產品/產品推廣/測試/使用過程中遇到的問題及解決辦法

◆ 問題

· 鋪粉前和鋪粉后,同一種金屬溫度測量不一致,相差30°C。

· 打印過程中,每層金屬粉融化后,打印件表面比較光滑,會對紅外測溫精度有影響。

◆ 解決辦法：

· 鋪粉前和鋪粉后雖然是同一金屬材質,但是表面的粗糙程度不一樣,可以調節發射率調整。

· 紅外相機盡量傾斜安裝,避免正對基板上方。

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