传感器收集数据监测打印过程，让定向能量沉积工艺更好呈现

没有一个传感器能成为开启3D打印全过程的钥匙。然而，当许多传感器集成在一起时可能就是那把钥匙。Melanie Lang的公司Formalloy正在开发一种定向能量沉积（DED）工艺，由于在整个机器中广泛使用了传感器，这种方法本质上是由数据驱动和控制的。

在Formalloy的DED打印机中，传感器可监测熔池尺寸、激光功率甚至是光学玻璃的温度。所有这些信息都以原始形式被捕获和存储，并以带图形的PDF文件提供给用户。此外，用户还可以通过公司的DEDSmart软件套件对数据进行可视化处理。

随着机器本身的发展，这些数据功能也在不断进步。2018年，当我第一次访问Formalloy在圣迭戈的总部时，DED打印机实际上需要一名博士才能操作，这与当时的许多金属3D打印机不一样。知识渊博的技术人员需要随时监控打印状态，并在出现问题时迅速做出干预。

Lang说：“我们现在已经摆脱了以前那种需要人工干预的状况。”她描述了长达数年的传感器集成过程，其中包括通过以下问题询问操作员来形成干预建造的思维过程：“你在机器中观察到了什么？零件出现了什么问题？根本原因是什么？”Formalloy从这些观察中发现了一些具体痛点。这些痛点可以通过传感器进行测量、长期跟踪并用软件进行监控。借用该公司软件包的名称，结果就是让DED打印机变得智能化。

监控工件和设备
虽然起初只是为了控制过程而需要在打印机上安装“大脑”，但现在所有这些数据都为Formalloy的客户带来了好处。DED打印机擅长打印复杂的金属部件，L系列机器的打印尺寸可达1米×1米×600毫米。单次打印可能需要数天才能完成，零件一旦出现缺陷将带来巨大风险。传感器和数据不仅能检测缺陷在何时出现，还能帮助用户在检测和进行其他下游步骤前，做出更好的决策。

许多情况下，增材制造供应商要么发现需要检查每一个部件，既费钱又费时；要么只检查一部分部件，并假定其余部件都是好的，这就为生产线上那些未经检验的部件出现故障留下了隐患。“你总会遇到异常情况，”Lang说，“但如果你知道这些异常在哪里，就能避免零件出现故障。这是一种更有针对性的检测方式。”

与传统铸件或锻件相比，增材制造的金属零件往往面临更严格的审查。不过，Formalloy认为这些零件更容易被接受，因为配备了足够监测能力的DED打印机可以收集每个步骤的数据

逐点数据收集意味着，用户可以将精力集中在已出现异常的特定零件区域。这些异常可能是无害的或符合规范的，但也可能需要进行额外检测或将零件全部报废。这种早期预警不仅能在打印和检测过程中节省时间和成本，还能在任何下游后处理以及零件使用过程中节省时间和成本。

从3D打印过程中收集的数据可通过DEDSmart以多种方式进行可视化，包括PDF报告

据Lang介绍，Formalloy的传感和数据功能还可以在3D打印机出现问题之前，将其消灭在萌芽状态。例如，DEDSmart检测的数据就包括光学玻璃温度。如果光学玻璃保持清洁，温度就会保持稳定。但如果光学玻璃变脏，就会从熔池中吸收激光能量，导致温度骤升。通过监控这一指标，Formalloy可以确保熔池的激光功率是否稳定，并在玻璃对零件或打印机本身造成更大问题前，提示操作员清洁玻璃。

数据解答疑虑
事实证明，这种类型的数据收集和跟踪，对于Formalloy公司和用户实际生产是非常必要的。因为在这些应用中，3D打印往往被用来替代锻造或铸造。例如，公司最近为美国海军陆战队开发了一个清障车支架，该支架是用铬镍铁合金粉末在短短几天内打印出来的，可替代铸件的采购和加工。

在DED过程中逐点收集零件数据，可作为严重缺陷的早期预警系统，也是针对需要进一步检查特定区域和零件的一种方法

在这种情况下，最终用户认识到了AM在速度或其他方面的优势，但往往仍然怀疑DED零件是否可以有效替代。因此，Lang发现增材制造零件可能比铸造零件面临更严格的要求。她说：“你无法看到铸件模具内部发生了什么，所以永远无法知道某个区域是否形成了气孔。但使用DED可以看到每一层。我们可以跟踪每个点的情况，清楚地知道增材制造的部件是如何形成的。”

接受程度可能是一场艰苦的战斗，但公司的DED打印机以及用于粉末和线材3D打印、材料开发等的单个模块的采用率却在不断提高。许多系统正在进入研究机构以及军事、铁路维修和发电行业。在所有这些领域，不使用铸件或锻件都是有益的。

这个为海军陆战队设计的清障车支架的功能类似于拖车挂钩，可以拉动重达数吨的车辆。该部件是使用Formalloy的粉末DED功能用铬镍铁合金3D打印出来的

Lang说：与铸件相比，对增材制造部件进行鉴定应该更容易。我们现在面临更多是人的问题和熟悉度问题，而不是技术问题。Formalloy的DED平台最初是为使用粉末材料而开发的。但最近，该公司响应客户需求，开发出了线材DED模块，可以替换粉末头甚至可以同时使用。

随着时间的推移，Formalloy在机器生产方面的垂直整合程度越来越高。DED系统在圣迭戈总部制造和测试，需求也在不断增长

选择线材有几个原因：成本低、原料易得。在许多可焊接材料中，线材都很容易获得（但对于更特殊的合金来说可能很难找到）；材料处理优势。与粉末不同，线材不需要特殊处理，可以很容易地装运或运输到任何需要的地方；合格性。焊丝在许多应用中已经获得了认证，因此用户可以通过使用焊丝而不是粉末来在认证清单上获得一个免费的认证；新的多材料可能性。Formalloy的设备一直支持使用粉末的多材料DED，但现在这种新模块使焊丝在沉积时掺入粉末成为可能，从而制造出新型合金。