前言

Aconity3D 公司成立于 2014 年，总部位于德国 Herzogenrath。该公司专门从事金属粉末床 3D 激光打印模块化实验室系统的设计和销售。Aconity3D 公司希望优化一种名为粉末床激光熔融（Powder Bed Laser Melting, PBLM）的创新制造方法的稳定性，从而将其广泛应用于各行各业。采用 SVS-Vistek 提供的高速工业相机，Aconity3D 离实现目标又近了一步。

粉末激光熔融工业背景

相比于其他成熟生产技术，增材制造正处于发展时期。一方面，增材制造带来了众多前所未有的创新路径；而另一方面，在某些领域它仍未被充分研究，因此面临着重重挑战，具有巨大的优化潜力。

这同样适用于粉末激光熔融工业（Powder Bed Laser Melting, 简写 PBLM）。在该工艺中，待加工材料以粉末床形式，逐层选择性熔融，并依据 3D 模型数据制造出目标工件。通过激光束源选择性地引入加工区域，提供能量，熔化相应零件区域的粉末材料。随后进行冷却，材料凝固形成目标零件。

该技术被应用于汽车、医疗和航空航天等行业，在这些行业的批量生产中，其重要性日益凸显。与众多传统制造工艺相比，其取得显著发展的主要动因在于，该技术在零件设计上展现出了前所未有的灵活性与惊人的扩展潜力。

技术挑战

粉末激光熔融工业的核心挑战在于工艺稳定性。与传统工业应用相比，PBLM 的主要问题在于，只有在工艺结束以及将制成件从粉末材料中取出后，才能进行缺陷检查。此时若发现了缺陷，通常已为时已晚，无法修复。

PBLM 工艺的在线过程监控和控制的主要难点在于其瞬态属性。该属性受熔池湍流、焊接烟雾形成、飞溅或其他粉末床异常现象等因素影响。过程中的这些潜在干扰现象增大了测量误差，削弱了直接从熔池中获取信息的精确度。

Aconity3D 公司的机器开发项目经理 Lutz Lübbert 表示：“受限于现有技术水平，PBLM 的工艺监控尚未发展成熟。为了改变现状，我们开发了一种工艺，利用高速机器视觉系统收集的数据记录特定工艺参数对零件制造过程的影响，进而归纳出这些工艺参数的具体效应。

机器视觉增强视觉洞察能力

为了达到任务所需的最佳高速机器视觉效果，同时满足日常制造需求，Aconity3D 选择了 SVS-Vistek 的Mikrotron EoSens3.0MCX5 高速照相机和必要的外围设备。据 Lübbert 介绍，这么做的原因非常简单：“大约六年前，我们着手为这项应用挑选一款具备合适速度和精度的相机时，市场上尚无可与之媲美的产品。我们从未后悔选择 EoSens3.0MCX5 高速相机。自引入以来，它始终表现稳定，为我们揭示了传感器数据、应用工艺参数与成品零件性能之间深刻的关联性。

Mikrotron EoSens3.0MCX5 相机提供的图像数据让 Aconity3D 公司的专家们对 PBLM 工艺有了更深入的了解，Lübbert 解释道：“借助这些高速相机，我们可以在整个构建过程中对比材料层的轮廓扫描，并观察关键部件区域的熔池行为。通过这种方式，我们可以可靠地识别出熔池断裂或不均匀表面等缺陷。若其他激光参数保持不变，则可以通过改变调制频率和调制长度等激光参数，测试其对熔池大小的影响。所得数据扩展了我们对 PBLM 工艺的认知，并找出潜在影响因素。”Lübbert 表示，由此获得的认知，再结合高温测量等其他测量方法，使得 3D 金属打印的材料研究工作更加高效。

灵活适配，不二之选

DACH 区域销售经理 Karl Laderer （负责 Mikrotron 产品系列的销售）解释了为何 Mikrotron EoSens3.0MCX5 高速相机是此应用的不二之选。他说道：“这款高速相机使用的传感器允许在 X 和 Y 方向上自由缩放感兴趣区域(ROI)。此传感器的特点在于，通过减少 X 方向上的像素数量，可以提高帧率。基于此，可得到高帧率的小范围感兴趣区图像。这为相机精准适配不同应用领域的用户需求提供了极大的灵活性。

据 Laderer 介绍，3 MP 传感器的 8 µm x 8µm 像素尺寸和易于集成的无风扇设计也是确保在监控 PBLM 过程时获得可靠结果的重要相机特性。Aconity3D 公司选择了更具性价比的具备 CXP6 接口的相机型号；该型号相机比同系列的 CXP12 相机更实惠，且同样能轻松处理数据流。

SVS-Vistek 的 Mikrotron EoSens3.0MCX5 高分辨率高速相机能够精准监测熔池变化，反映零件构建过程中参数变化的影响。

先进技术助力未来发展

Aconity3D 公司研发的在线过程监控工具具备高度兼容性，能够适配该公司旗下的几乎所有系统，包括但不限于入门级系统 AconityMINI，以及目前市场上最大、且可选配多激光设置的 AconityTWO 系统。Lübbert 表示，这些系统的目标客户是德国境内和境外的研究机构以及使用 PBLM 工艺的大型公司的研发部门。

他说道：“我们坚信，采用高速视觉系统进行实时过程监控，是深入理解工艺运行机制并直接在制造过程中提升零件质量的高效手段，而非依赖于通过制成件后期分析来调整。我们的目标是研发一种检测算法，能够迅速且准确地识别出熔池过大的异常情况，从而立即触发相应的纠正措施。鉴于迄今为止我们在使用相关产品中积累的正面体验，加之我们的机器视觉合作伙伴所提供的宝贵协助（包括在解决编程问题上给予的支持），我们深信 SVS-Vistek 的高速相机将是我们未来系统中不可或缺的核心组件。