增材制造中的OES過程監控
增材制造
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術、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。
增材制造相對傳統制造具有許多優勢，包括減少浪費，增加內部復雜性以及消除對特定產品的工具的需求。但直接的材料沉積中產生的熔化物也會引入缺陷，在過去這些缺陷限制了3D打印機在原型設計中的應用。這些缺陷通常來自于多種源頭，包括熔池不穩定，意外的熱變形，環境異常和激發源的波動。
因此，實時監控技術對于降低缺陷率至關重要，可以完全發揮增材制造的所有優點。對于金屬3D打印實時監控顯得尤為重要，這不僅是因為材料成本增加，更因為其具有極高的熔點。幸運的是， 3D打印中使用的高溫促進了被動光學發射光譜（OES）監控手段的集成。
下圖顯示了將AvaSpec光譜儀集成到DED打印頭中的案例，圖中，信號光是通過相對于激光器的光軸成60度角定向的光纖收集的。
集成在DED打印頭中收集光信號的光纖和光學器件
光譜儀要求
當利用OES數據進行增材制造過程的實時監控時，需要很高分辨率的光譜儀才能區分相似的原子，荷蘭Avantes公司的 AvaSpec-ULS4096CL-EVO光譜儀是一個非常理想的選擇。它使用3600線/毫米光柵，能夠在200 nm至400 nm范圍內提供高達0.05 nm的分辨率。
此外， AvaSpec-VRS4096CL-EVO 配有CMOS探測器，與CCD探測器相比，它具有出色的線性度和動態范圍，因此非常適合OES應用。Avantes公司的光譜儀還有專有的高速電子觸發，高速數據傳輸速率和強大的數字I / O功能，這都使得AvaSpec系列光譜儀可直接集成到高速檢測系統中。
將光譜儀集成到3D打印機中時，選擇適合特定環境條件的光纖也是非常重要的。在嚴苛的制造環境中，帶有金屬鎧甲的光纖可提供很好的保護，但光纖的柔韌性會稍微降低。因此，在選擇光纖種類時，對整個系統的機械限制進行綜合考慮非常重要，如光纖及線纜的走線管理。在某些情況下，如果光纖端部非常靠近熔池，則可能需要耐高溫（最高耐500攝氏度）的光纖組件。Avantes公司提供了多種光纖類型，以確保您可以找到滿足特定集成需求的解決方案。