激光增材制造中控制阀流量监测

2023-06-01 15:51

激光增材制造（LAM）设备有两种类型:粉末床和送粉式。1）以同步送粉为技术特征的激光熔覆沉积（Laser Cladding Deposition，LCD）技术；2）以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。根据美国材料实验协会(ASTM)“ASTMF42–增材制造”的分类定义，SLA归类为光聚合工艺;SLS和SLM归类为粉床工艺;LENS归类为有向能量沉积工艺。这些工艺利用不同类型的激光和材料沉积方法来实现逐层制造。下面着重概述这两种典型LAM技术中控制阀流量监测。

目前，基于激光的最具代表性增材制造工艺包括立体光刻技术(SLA)、激光选区烧结技术(SLS)、激光选区熔化技术(SLM)和激光熔覆技术(LENS)。特别是在工业应用的增材制造主流技术都是利用激光为能量源将粉末熔化或粘结成型，例如SLM、SLS、LSF等技术。激光在进行粉末熔融的过程中，会与氧气、氮气等气体发生反应，造成成型零件质量不合格。为防止在粉末熔融的过程中被氧化，一般的增材制造激光成型设备的加工区域都是处在惰性气体保护中或真空环境中。

现有技术中通常进行气氛控制首先通过进、排气阀门与手控流量计，调节设备各个部分惰性气体进入量，并通过氧传感器检测成型区域氧含量，当氧含量较低时，关闭大流量惰性气体进入阀，开启小流量惰性气体进入阀，从而维持整个成型过程中所需的气氛环境。而整个成型过程中小流量气体始终通入，使氧含量达到要求后持续降低，由此造成不必要的浪费；其次成型过程中突发意外造成氧含量上升，将导致大流量气体与小流量气体来回切换，控制程序麻烦且设备稳定性差；

这就需要监测增材制造而形成的流体控制阀，该流体控制阀具有有助于热管理的属性处理高压下的流动流体可能需要使用控制设备来达到能量损失或高压降。然而，流过这种控制设备的流体的极端条件可能由于气蚀(可以是指流体对控制设备部件的高速内爆)造成控制设备的腐蚀。控制设备的腐蚀可能会降低控制设备达到期望的能量损失或高压降的能力的有效性。除腐蚀问题之外，流体的高压和高速流动还可能导致阀内的流动特性变得不可预测和不稳定。为监测流体的流向工采网推荐使用瑞士IST硅流量传感器热式质量流量传感器–SFS01。