供稿人：池欣芸 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-11-18
近年来，随着3D打印的普及，其应用十分广泛。增材制造技术因其更具灵活性的设计这一特点，面临着制造工艺的复杂性与较高的精度要求，伴随的质量问题也越来越突出。尤其在3D打印产品的可靠性与稳定性有着较高要求的医疗产业和航天航空等领域而言，为提高上述性能，3D打印质量控制与监测技术显得尤为重要。为解决3D打印产品的成品率较低的问题，使其在工业领域取得更广泛和专业地实现应用，针对3D打印的过程监测技术是一个具有重要意义的前沿方向。
由于3D打印机的工作时间较长，有时会出现在打印过程中会遇到异常打印状况的情况，现在市面上的绝大多数3D打印机暂时未配备过程监测技术，因此无法实时地针对打印状况做出判断及采取后续决策。基于计算机视觉的过程监测以其成本低、非接触等优势被广泛应用于诸多领域用于实时监测，国内外许多专家学者针对3D打印过程进行视觉监测与控制展开了广泛的研究。如图1所示，美国加州大学伯克利分校的Zeqing Jin等人针对FDM 3D打印过程中的过挤出和欠挤出缺陷通过摄像头进行监测与判断，实现了对打印表面缺陷的精确定位及后续自动化控制矫正。
图1. 针对FDM 3D打印机挤出情况的视觉监测，定位，及控制
南京航天航空大学的尹相杰采集熔池图像，温度场和实体三维形貌的数据，通过实时获取的特征结点实现三维重建并对其进行精度分析，实现了针对3D打印的多参数在线视觉监测并测量精度（图2）；北京工业大学的秦媛媛针对面曝光3D打印产品质量不确定问题开展研究，如图3所示，设计了一套成型过程异常监视和反馈控制方案。
图2. 针对3D打印的多参数在线视觉监测：主动视觉监测方案示意图
图3. 3D打印面曝光视觉监测方案
在增材制造技术不断发展的今天，其相较于传统制造业的优势越来越突出，应用领域也越来越广泛。基于视觉的过程监测技术可有效对打印过程中的故障进行判别，使打印质量更加可控，提高3D打印产品的合格率并减少材料的浪费。目前，3D打印设备的监测和控制还处于发展的初期，相信未来的3D打印设备必将是能够高效准确的监测工艺过程的各个特征并实现闭环控制的智能3D打印设备, 进一步渗透和改变我们生活。