看不见的熔池里，增材制造过程监控到底在盯什么？
上个月0923去南京溧水的一家做金属增材的厂子调设备，出了高速口雨就没停，鞋尖全湿了。刚进车间门就撞上总工蹲在门口抽烟，脚边扔着半盒抽了不到一半的中华。问咋了，没说话，抬头给我指了指成型腔里刚取出来的零件。
一个快半米长的航空叶片，半成品，废了。
打印做了整整三天，铺了快两千层粉，材料是定制的高温合金，光材料成本就超过二十万，加上设计和加工时间，整套下来小五十万打了水漂。原因说出来也很无奈，打印到第三百七十二层的时候，成型腔里飘进了一团从过滤芯漏出来的细粉尘，刚好挡在激光的光路上，那一丁点区域的金属粉没得到足够的能量，熔池直径比要求小了快三分之一，留下的微裂纹顺着层间延伸，直到整个零件做完应力释放之后才彻底裂开。
要是打印的时候就有人盯着这个位置，哪怕稍微调一下激光功率，补扫一下，根本不会出这事儿。这就是增材制造过程监控存在的意义。
激光选区熔化增材制造熔池监控现场图
我见过打印骨科植入物的厂子，做一个髋关节假体，材料是钛合金，要求内部不能有任何大于0.1mm的气孔，不然植入人体后容易出应力腐蚀，后果不敢想。以前全靠做完筛查，废率能到三成，装了过程监控之后，废率直接降到5%以下，省下来的钱真的是看得见。
增材制造熔池温度红外热成像监控图
我在南京那个厂试装的这套，就是侧装在成型腔里的高速红外相机，不会挡光路，也不怕成型腔里的粉尘糊镜头，调试了两次，就能精准捕捉到每一个熔池的温度变化，有一次粉尘飘过去，系统两毫秒就反应过来，降了功率还补了一次扫描，最后做完检测，那个位置一点缺陷都没有。
别吹得神乎其神，增材过程监控也有解决不了的坑
说实话，现在很多厂商卖设备，把过程监控吹得无所不能，好像装上去就再也不会出废品，这都是扯。
第一个坑就是灵敏度太难调。太灵敏了，车间外面过个重载卡车，震了一下，传感器就误报，直接停线，一停就是大半天，本来要赶的交付直接黄了。太钝了吧，真的出了小缺陷又抓不到，等于白装。我调过好几套设备，光灵敏度这个参数，就试了快一个星期才找到合适的阈值，不同的材料，不同的零件大小，阈值全不一样，根本没法一刀切。
第二个坑就是数据量太恐怖。高速相机拍一个十几小时的打印任务，下来就是十几个T的数据，你存还是不存？存吧，服务器成本直接翻几倍，小厂子根本扛不住。不存吧，真的出了问题要溯源，找不出原因，下次还错。现在很多厂子都是只存异常数据，正常的打完就删，其实也是没办法的折中。
第三个坑就是贵。一套好的工业级过程监控系统，便宜的十几万，贵的几十万，很多小厂子买打印机的钱都才几十万，根本舍不得掏这个钱。而且也不是所有零件都需要监控，你打印个塑料的手办，几十块钱一个，废了重打就是，犯不上装这个。
不过话说回来，对于做高端零件的厂子，比如航空航天的结构件，植入人体的医疗器械，一个零件几十万上百万，真的废不起，那一套监控的钱，其实废一个零件就赚回来了。我接触的那家南京厂子，装完监控之后，半年不到就省了三个报废零件的钱，相当于白得一套监控，怎么算都划算。
那天调完设备，雨停了，跟总工蹲在车间门口吃鸭血粉丝汤，他说干增材这行，其实就是赌每一层都不出错，以前是闭着眼赌，现在有了过程监控，相当于睁着眼走，心里踏实多了。
我挺同意这话的。增材本来就是制造未来的技术，但是未来再高级，也得把每一层看得见看不见的细节都盯紧了，不然吹得再天花乱坠，一个小缺陷就能毁掉几个月的功夫。增材制造过程监控不是什么花里胡哨的黑科技，就是给零件上的一道保险，给干活的人吃的一颗定心丸。
对吧。
为什么好好的自动打印，偏要加双眼睛盯着？
增材制造本质就是一层一层堆材料，堆完一层再堆下一层，前面的缺陷被后面的材料盖住，你从表面根本看不出来。 放在十年前，行业里的普遍做法是做完所有工序，再拿去做CT或者超声波检测，有缺陷直接报废。说白了就是考完批卷才发现不及格，卷子直接扔，连改的机会都没有。赶上贵的零件，就是刚才说的，几十万直接打水漂，赶上交付期紧，全公司都要跟着熬夜赶工。 说实话，增材的不可控因素比传统加工多太多了。粉的粒径差一点，湿度差一点，环境里多了点粉尘，激光功率飘了一丁点儿，都会出问题。这些问题你没法在开机前全部排除，只能盯着打印的过程，出问题当场调。激光选区熔化增材制造熔池监控现场图
我见过打印骨科植入物的厂子，做一个髋关节假体，材料是钛合金，要求内部不能有任何大于0.1mm的气孔，不然植入人体后容易出应力腐蚀，后果不敢想。以前全靠做完筛查，废率能到三成，装了过程监控之后，废率直接降到5%以下，省下来的钱真的是看得见。
增材制造过程监控，核心盯的到底是什么？
很多人刚接触这个，以为就是装个摄像头看着打印机转，大错特错。所有的监控手段，核心都是盯着熔池——就是激光把金属粉熔化之后形成的那个小熔池，也就芝麻粒那么大，甚至更小。 这个小池子的温度、大小、形状、稳定性，直接决定这一层的成型质量。温度高了，熔池太大，会把周围不该熔化的粉也融了，零件精度就差；温度低了，熔不透，就会出气孔或者裂纹。说白了，熔池就是增材的心脏，心脏跳得稳不稳，全靠监控盯着。 除了熔池，还要盯铺粉。有没有哪一层缺了一块粉？有没有结块的粉尘粘在粉床上？有没有零件已经翘边了，刮粉刀刮过去直接把零件带歪了？这些也要盯，都是会让整个零件报废的坑。 现在主流的监控手段其实也不复杂，最常用的就是高速相机加红外热成像，每秒能拍几千帧，熔池温度哪怕高了几十度，形状偏了十分之一毫米，系统马上就能捕捉到，当场就给激光功率调一下，或者补扫一遍有问题的区域。还有用声学传感器的，熔池稳定的时候声音是一个频率，出气孔的时候声音就变了，传感器一听就能发现不对。增材制造熔池温度红外热成像监控图
我在南京那个厂试装的这套，就是侧装在成型腔里的高速红外相机，不会挡光路，也不怕成型腔里的粉尘糊镜头，调试了两次，就能精准捕捉到每一个熔池的温度变化，有一次粉尘飘过去，系统两毫秒就反应过来，降了功率还补了一次扫描，最后做完检测，那个位置一点缺陷都没有。
别吹得神乎其神，增材过程监控也有解决不了的坑
别吹得神乎其神，增材过程监控也有解决不了的坑
说实话，现在很多厂商卖设备，把过程监控吹得无所不能，好像装上去就再也不会出废品，这都是扯。
第一个坑就是灵敏度太难调。太灵敏了，车间外面过个重载卡车，震了一下，传感器就误报，直接停线，一停就是大半天，本来要赶的交付直接黄了。太钝了吧，真的出了小缺陷又抓不到，等于白装。我调过好几套设备，光灵敏度这个参数，就试了快一个星期才找到合适的阈值，不同的材料，不同的零件大小，阈值全不一样，根本没法一刀切。
第二个坑就是数据量太恐怖。高速相机拍一个十几小时的打印任务，下来就是十几个T的数据，你存还是不存？存吧，服务器成本直接翻几倍，小厂子根本扛不住。不存吧，真的出了问题要溯源，找不出原因，下次还错。现在很多厂子都是只存异常数据，正常的打完就删，其实也是没办法的折中。
第三个坑就是贵。一套好的工业级过程监控系统，便宜的十几万，贵的几十万，很多小厂子买打印机的钱都才几十万，根本舍不得掏这个钱。而且也不是所有零件都需要监控，你打印个塑料的手办，几十块钱一个，废了重打就是，犯不上装这个。
不过话说回来，对于做高端零件的厂子，比如航空航天的结构件，植入人体的医疗器械，一个零件几十万上百万，真的废不起，那一套监控的钱，其实废一个零件就赚回来了。我接触的那家南京厂子，装完监控之后，半年不到就省了三个报废零件的钱，相当于白得一套监控，怎么算都划算。
那天调完设备，雨停了，跟总工蹲在车间门口吃鸭血粉丝汤，他说干增材这行，其实就是赌每一层都不出错，以前是闭着眼赌，现在有了过程监控，相当于睁着眼走，心里踏实多了。
我挺同意这话的。增材本来就是制造未来的技术，但是未来再高级，也得把每一层看得见看不见的细节都盯紧了，不然吹得再天花乱坠，一个小缺陷就能毁掉几个月的功夫。增材制造过程监控不是什么花里胡哨的黑科技，就是给零件上的一道保险，给干活的人吃的一颗定心丸。
对吧。