增材制造制件表面结构测量的特殊考虑.docx

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1、附录A增材制造制件表面结构测量的特殊考虑A1.增材制造的一般考虑当测后品格结构和其他具有复杂内部几何形状的制件时.表面结构测玳通常受光学系统视线访问要求或接触式测证系统接触访问要求的限制。墙材制造制件表面测量通常需要考虑阶梯效应，如图1，成形角度和层/切片厚度往往是侧表面形貌的主要影响因素.图AT阶梯效应示意ISA-2粉末床熔融增材制造的考虑A1.1粉末床烙融工艺中粉末与能电源相互作用，粉末床爆融制件表面带来的一些更常见的挑战（见图A.2）有：大的测量范用：-球状突出物： 表面/亚表面孔： 反时率的变化： 博兴趣区域尺度范围大：一凹角特性.A.1.2附著在侧面的粉末和落在上部表面的飞裁颗粒都行

2、助于在表面上产生大的突出物。去面高度范围进一步增加了任何表面孔隙或谷区的存在,这些凸起和凹馅受限于垂宜扫描范围限制的刈量技术带来T挑战.采用更大的测破蒐国通常意味着垂直表面形粒的可型包性误差大于测fit相对平坦的测试表面时存在的误差。A.1.3光学特性如反射率会基于扮末床熔融所使用材料类别及制件不同表面而不同，这将给光学测仪技术带来干扰,如由于表向孔隙或山谷区域的存在.偌要使用高强度光线来捕捉反射光线获得表面数据，但金典粉末床熔融制件表面在熔化和凝固过程中也会产生非常光滑的区域，具有较高的反射率，该区域在高强度照明的光学仪器中易产生过他和图像.这将使合适光学测成参数的确定变褥困难.A.1.4粉

3、末床怖歌制件表面遹常具有很宽的空间波长范围.这些表面通常具有数百微米大小的大尺度成分（例如熔融轨迹或层，以及飞激，未婚化和半烧结粉末以及其他外生粒子,它们的特征是几I微米大小，衣面上通常还存在史裔的空间频率成分，如几激米大小的熔融波税。图A.2粉末床熔融制件表面的特征和挑战A.1.5在粉末床培融工艺中，粉末和材料、成形工艺参数、支推移除、后处理及表面将加工均对最终的表面形貌有影响，这些特征也同时对灰面结构有影响.对所产生特征相对尺度的了解将有助于理解各种测出技术的局限性,并有助于测段计划的制定.W录B（资料性）测量参数B1.触针轮廓仪金属PBF衣面上存在的各种难以测显的特征，如飞溅物、粘附颗粒

4、,孔隙、裂纹、处垂、阶梯状过波等或杂结构可能会投坏设备本身，此外，该方法该还可能导致触针飞行和待5件表面损坏。但由于触针式轮廓仪与表面的相互作用可更容易建模,该方法通常被认为是可追溯的（如果校准）.触针轮廓仪测量粉末床熔融增材制造金属制件表面与传统机加表面类似.但该表面特征的复杂性及不均一性会影响到测Jft参数的设置.B.2光学系统B.2.1颤述光学系统本质上是非接触犬测量，该方法排除了因触针机械接触而!月文的试样损坏风哙,但也使得制件与仪器之间相互作用的建模困难，从而导致可追溯性差,并难以与接触式进行比较.光学测量通,常比接触式快.尤其是区域测量时.光学系统利用物镜提供一定程度的放大倍率并具

5、有数值孔径光学分辨率被定义为区分点的能力，与NA有关。具有较高电（发现具有较高的放大倍率）的初镜UJ以允许逐渐做斜的光线进入并且旎修分辨技小的特征.B.2.2变焦三维表面测量仪8. 2.2.1由于变焦系统Ur利用漫反射来避免物镀数值孔径的限制,所以目前商用的变焦系统尤其适用于粗糙去面和坡度较大表面的测崎，因此，通常不能用该系统来测,光滑表面，因为在这种情况下,该系统用于确定入面位置所需的同部对比度不存在，问时,也不能用该系统来测量透明和半透明材料（同样由于局部对比度不存在），但通过一些适当的方法（如硅股成型修饰表面，则可能使测最可行.9. 2.2.2变焦系统本质上也提供颔色侑息,可以描述在形貌

6、数抠中无法识别的特征被表征（如表Si氧化等）10. 2.2.3变供系统常用的可调测电参数有物镀放大倍数、垂直采样分辨率、横向采样分辨率和照明类型。一一物镜放大倍数,应根据所需要的塔兴峡区域尺度来选择物镜放大倍数，即较小的特征皤较高的放大倍数.而大视场需较低的放大倍数.通常.即使是在低放大倍数下,该系统也有足够的数值孔径来桶捉粉末床熔融制件的衣面特征得一一率直分疥率，应权衡诙出采样分辨率，以提高测过的由班性误差，同时不引起太多的未测量点。上表面一般具有较低的未测量点在测量上表面时宜使用高的垂直分辨率（较低数祖，从而提高测最精度.侧表面一般具有技高的未测量点.在测及侧表面时宜使用较低的垂直分辨率（

7、较犬数伯），即以降低数据顺辰（增加里:复性错误）为代价来降低未冽圻点.一-横向分疥率，应地乎测收时感兴趣区域的独小尺收来进行横向分辨率的选择，然而，用户应使用能够捕获感兴趣特征的被低分辨率以降低未测域点。-照明类型.应基于表面的类型、材质和取向以及充分照明表面但不造成图像对比度向（里光不足或过度）的能力来选择照明类型， 同轴光（通常是默认的）足以照亮上表面。 环形光。环形光埴加了照明的孔径，可在侧表面上使用，以控制曝光量，即既不过度饱和（主要针对顶部颗粒）,也不欠啾光（主要针对孔隙等凹坑）. 偏振光.可刖来测最更多的反射衣面,以克服出现在粒子衣面的过度跟光.对于具有类似噪声、虫复性误差和未测减

8、点的测业，区域结构多教如必不会因测做工艺参数的改变而受到太人影响。然而，上述因素将影响到实测形貌用电的实际细节的准谛性.B.2.3共聚焦三维表面测量仪B.2.3.1目前的商用共聚件显微法测盘系统都可以实现表面测出技术中最大的横向分辨率.由于不扫描光树模式中的点，共聚焦技术速度更快，但普1.包含更高的高频联声成分。B.2.3.2共聚焦显微镜法测盘系统用于测量增材制造制件表面时面临一些挑Aft和限制，因为即使是上表面也会存在高愦角（由于颗粒,气孔或在熔融边缘）区域.但可通过调整测St参数来提而测量质埴，共墩色显微法测用系统的参数设置有光线强度和增益、物镀、垂内步长高度、阈值、采样间距。-光线强度和

9、增益.与相干扫描F涉法样HDR模式涉及用不同的光亮度测址相同的区域,并以测麻时间为代价获汨最佳信号.一一物或，物镣的选祥取决于很多因素，如能测E总面枳时，会使川嫉大的视场以减少拼接，或使用有利于测优表面做斜区域或边缘的数值孔径。在墙材制造制件侧表面上通常最好采用最大数值孔径（最高分辨率,并采用视场拼接的方式对其进行测Iit而不是采用较低分辨率进行单一视场测fit一一垂直步长高度.通过使用更小的步长，可以测班更多的成像平面，从而减少代表表面高度的最大强度点的插值误差.对于PBF表面，特别是侧面，朵好使用较小的步长高度,以减少刈肽中的噪声（然而.这一决定必须与增加的NMP进行权衡屋一一道值，阑值的

10、选择是为了去除或减少测业结果中产生的伪影。一一扫描模式.扫描模式可以针对增材制造制件的表面进行优化，如枭样率的增加（即更慢、更准确的采样策略,可提供更高的测理质埴和更多的测地点，特别是侧表面.一一采样间距，采样间距（就输出数据中的点间距而言）依赖于共聚焦技术中激光扫描策略或探测器的设置.对于单个视场,NMP随采样尺寸而减小.尽管与之相关的测量噪声也随之增加。对于拼接,最好减小采样尺寸以限制数据文件过大.通常，共聚焦呢微法的测此噪声与未测玳点之间存在定的关系。宜獴前莅围和测量噪声方面权衡。B.2.4相干扫描干涉仪相干扫描干涉仪（以下简称“CS1”的光源与宽带频谱（通常是白光）不相干.因为短的相干

11、长度减少了确定条纹顺序的模糊性.CSI测收最用本的参数设置是工作台帧斜强、扫描长度、测业速度和照明/阳光量:，工作台倾斜可消除局部表面忸斜，这是为了确保被测冰的表面尽可能地与光轴正交.选择合适的扫描长度以使包括表面的高度范围,调整表面上的光照.仲光盘以确保图像行对比度,但不过度饱和（这对于有深凹和鬲反射粒子的增M制造制件表面来说是困难的）.除此之外，其它更先进的设祝行：一-物镜放大倍数。应根据测域所需要的礴兴鲤尺度来选择,即较小的特征需要较高的放大倍数.通常需要更小的视场和更高的数（ft孔径以捕捉表面上的高坡区域，但是减小视场通常会增加测Jit时间.一一带宽，应采用合适的逑波涔以减少光源带宽，

12、从而增加相干长度，有助于测吊有粒子特征的更高斜率的墙材制造制件表面.-采样方式.信号过采样可提高测量灵敏度增加数据段蛊率.且随过采样因子的增加会降低未测后点，但会增加伯映比.同时，增加每次刈hi的帧数或增加好次打描的岫数也振动或其他不柜定或涕移也可能用起负面影响。测量优化算法可以出大限度地及少这些影响。-照明设置.高动态范围照明可多次测量表面（与信号过采样类似）.对于金属PBF,HDR允许对表面上的所有组分使用充足但不过量的照明,如在一次面扫描中,针对表面的高反射颗粒及任何难以照壳的区域如孔隙或凹坑均可确保足锣的照明，B.3X射线计算机层析扫描8. 3.1X射线计停机层析成像法主要是基于该设需

13、对增材制造制件表面的扫描，基于三维表面形貌分析仪分析而得到去面结构参数，表B.1列出了最近要的扫描参数及参数描述和其对X射线采集的影响.表A.1X射线计算机层析扫描测量参数描述与影响*逑影响儿何放人恪敢射线观到探测瑞的小海和X射线源到物体的距离之比决定体索大小（即分辨率.般来说,体家大小是探测器像素大小除以几何故大倍数所称的值.其中体素罡一个二雄侬武投影设置包括投杉数、用于创建单个投影的期敢和保帧的时何确定扫描时间并影响图侬亮度和对比慢X则找电压用于产生X射废的电子的峰假电压极响图像对比度和完度X射战电流H1.丁产生X射战的平均电干电液影响图像亮度,并在较小程庾上影哂对比度X射线体波波由海Xj

14、M纹衰减忖料制成的便件注法战.川干从输出光语中去除低能MX射线.例建伪中色X则线光谓彰第图像先Itt和对比度.降魁1岷构数据中光束硬化的影响阴山校正谀贸包括用于创珑用彩校正的明暗帕的数V补偿X射线探测甥的不规菰.较长的补悻更好,但增加测m时间B.3.2最大化几何放大倍数.为使几何放大倍数最大化.被扫描的物体应被放置在属可能辖近X射线源的地方，同时确保物体始终在视野之内。如果需要更高的放大倍数,Ur以将物体移动到视场之外的位置，但可能会导致建构失败，9. 3.3最小化管电压和最大化X射线预泄波.电压降低可以提面对比度.倘要的强度值因X射线计算机断层扫描系统制造商而异.通常相当于最大信号的10%15%.10. 3.4最大化管电流。管电流是X射线计舞机断层扫描的主要“亮度”设置参数，增加电流会增加亮度.11. 3.5破少眼光时间.曝光时间是X射线计算机断层扫描的另一个主要亮度设置参数,增加时间会增加亮度，确保灰度假的范图（即探测器上的测成信号）在探测器全信号范困的IoV90%之间，井采用Ai低亮度，12. 3.6阴影校正.阴影校正时间越长效果越好，但随省时间的增加收益递减.准确的数值会因系统而异，但20三in的阴影校正通常就足够了。B.3.7探测器校正、射束硬化效应及成像啖河校正等，