基于温度-发射率分离的金属增材制造辐射温度测量
光学
2025-02-13 v1
摘要
激光粉末床熔融（LPBF）过程中熔池及周围区域的黑体辐射发射使该过程可被多种旨在实现在线工艺与质量控制的光学监测仪器所观测。然而，这些仪器尚未证明能够可靠地检测影响 LPBF 组件力学性能的最细微缺陷，限制了其采用。一个障碍在于将辐射亮度测量值解释为温度，尽管两者之间的物理联系可通过普朗克定律与光谱发射率的组合 readily 理解。光谱发射率的不确定性源于其几乎不可预测且可能是波长的强函数；反过来，这表现为估计温度的不确定性，从而掩盖了指示组件缺陷的 LPBF 工艺动力学。本文提出温度-发射率分离（TES）方法，用于精确获取 LPBF 中的光学测量温度。TES 同时从光谱分辨辐射亮度测量中计算温度和光谱发射率，由于后者被有效测量，因此获得了更精确的工艺温度。利用与 LPBF 实验平台集成的定制成像光谱仪评估该方法，三种基础 TES 算法在验证实验中进行了比较，展示了在 1000 K 范围内精确到 ±28 K 的温度获取。第二项研究通过 LPBF 测试构件的制造证明了工业可行性。温度数据被用于研究熔融工艺边界条件的演化，包括逐层打印过程中冷却速率的降低。温度场与通过 3D 计算机断层扫描评估的构件孔隙率之间的临时相关性，展示了 LPBF 中微米级多孔缺陷的原位光学检测能力。
引用
@article{arxiv.2502.08088,
title = {Radiometric Temperature Measurement for Metal Additive Manufacturing via Temperature Emissivity Separation},
author = {Ryan W. Penny and A. John Hart},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.08088},
year = {2025}
}