مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

استخراج پروفیل سه‌بعدی هندسه‌ی رسوب با استفاده از اسکن لیزر خطی، در روش تولید افزایشی لایه‌نشانی با استفاده از توزیع مستقیم انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجو‌ی کارشناسی‌ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیتسبرگ، پیتسبرگ، ایالات متحده آمریکا
چکیده
در این پژوهش به بررسی لیزر و کاربرد آن در تولید افزایشی پرداخته می‌شود. تولید افزایشی فرایندی است که در آن یک قطعه سه‌بعدی به صورت لایه‌لایه و از پائین به بالا ساخته می‌شود. پیشرفت‌هایی که در این فرایند قدرتمند و امیدوارکننده وجود داشته، باعث افزایش تقاضا برای کاربردهای آن در صنعت شده است. این در حالی است که کنترل هندسه‌ی ماده‌ی رسوب‌گذاری شده در طول پروسه‌ی تولید افزایشی، همچنان یک مشکل بزرگ است. کنترل هندسی و انطباق بر هندسه‌ی هدف، از موضوعات کلیدی در فرایند ساخت افزایشی هستند. هدف از این پژوهش، بدست آوردن اطلاعات هندسی پروفیل سه‌بعدی مسیر رسوب‌گذاری‌شده، در روش لایه‌نشانی با استفاده از توزیع مستقیم انرژی (DED) است. به کمک تصویربرداری از برخورد خط لیزر با سطح روکش و استخراج این خط توسط روش‌های پردازش تصویر، هندسه‌ی یک مقطع از روکش بدست می‌آید. سپس با اعمال این مراحل به تمامی مقاطع روکش و در کنار هم قرار دادن تصاویر، یک پروفیل سه‌بعدی از کل سطح روکش ساخته می‌شود. درستی این روش با استفاده از تطابق تصویر خروجی الگوریتم ارائه شده برای یک سطح مقطع و تصویر میکروسکوپی از همان سطح مقطع، بررسی می‌شود. نتیجه‌ی مقایسه‌ی این دو تصویر نشان می‌دهد که مقدار خطا در عرض 0/29 میلی‌متر و در ارتفاع 0/07- میلی‌متر است که این مقدار خطا در محدوده‌ی خطا‌ی معمول تعریف شده توسط دستورالعمل‌های ISO می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Three-Dimensional geometry profile extraction of deposits using linear laser scanning in the directed energy deposition additive manufacturing method

نویسندگان English

Sara Esfandiari Ghollezu 1
Mohammad Hossein Farshidianfar 2
Sina Nejati Eghteda 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, University of Pittsburgh, Pittsburgh, United States
چکیده English

This research is focused on the examination of laser and its application in additive manufacturing. Additive manufacturing is a process in which a three-dimensional model is manufactured layer by layer and from the bottom up. Advances in this powerful and promising process have resulted in a rise in the demand for its applications in the industry. However, controlling the geometry of the deposited material throughout the additive manufacturing process remains a significant challenge. Geometric control and correspondence with the target geometry are key subjects in the additive manufacturing process. This research aims to obtain geometric data of the three-dimensional profile in deposition using the Direct Energy Deposition (DED) method. By imaging the interface of a laser line and the surface of the coating and extracting the resulting line using image processing methods, the profile of one section of the coating is obtained. By applying the same steps to all of the coating's sections and stacking the images, a three-dimensional profile of the coating's profile is constructed. By checking the correspondence between the proposed algorithm's output image and a microscopic image of the same section, the accuracy of this method is assessed. The result of the comparison between these two images indicates an error of 0.29 mm in width and -0.07 mm in height, falling within the range of error defined by ISO guidelines.

کلیدواژه‌ها English

Additive Manufacturing
Directed Energy Deposition
Deposition Geometry Control
Image Processing
Laser Line Scanning
[1] Kaji F, Nguyen-Huu H, Budhwani A, Narayanan JA, Zimny M, Toyserkani E. A deep-learning-based in-situ surface anomaly detection methodology for laser directed energy deposition via powder feeding. Journal of Manufacturing Processes. 2022;81:624-37. doi: 10.1016/j.jmapro.2022.06.046
[2] Hooshmand M. J, Mansour S. Investigating the effect of build orientation on surface roughness and build time using Fused Deposition Modelling. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2021;7(12):37- 53. [In Persian]
[3] Binega E, Yang L, Sohn H, Cheng JC. Online geometry monitoring during directed energy deposition additive manufacturing using laser line scanning. Precision Engineering. 2022;73:104-14. doi: 10.1016/j.precisioneng.2021.09.005
[4] Heralić A, Christiansson A-K, Ottosson M, Lennartson B. Increased stability in laser metal wire deposition through feedback from optical measurements. Optics and Lasers in Engineering. 2010;48(4):478-85. doi: 10.1016/j.optlaseng.2009.08.012
[5] Li Z, Liu X, Wen S, He P, Zhong K, Wei Q, et al. In situ 3D monitoring of geometric signatures in the powder-bed-fusion additive manufacturing process via vision sensing methods. Sensors. 2018;18(4):1180. doi: 10.3390/s18041180
[6] Faes M, Abbeloos W, Vogeler F, Valkenaers H, Coppens K, Goedemé T, Ferraris E. Process monitoring of extrusion based 3D printing via laser scanning. arXiv preprint arXiv:161202219. 2016. doi: 10.13140/2.1.5175.0081
[7] Borish M, Post BK, Roschli A, Chesser PC, Love LJ, Gaul KT. Defect identification and mitigation via visual inspection in large-scale additive manufacturing. Jom. 2019;71:893-9. doi: 10.1007/s11837-018-3220-6
[8] Lin W, Shen H, Fu J, Wu S. Online quality monitoring in material extrusion additive manufacturing processes based on laser scanning technology. Precision Engineering. 2019;60:76-84. doi: 10.1016/j.precisioneng.2019.06.004
[9] Khalili Kh, Emam S. M. Dimensional control of sand particles based on the Iranian National Standard Organization using image processing technique. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2018;5(3):52-62. [In Persian]
[10] Craig JJ. Introduction to robotics: Pearson Educacion; 2006.
[11] Mittone A, Manakov I, Broche L, Jarnias C, Coan P, Bravin A. Characterization of a sCMOS-based high-resolution imaging system. Journal of synchrotron radiation. 2017;24(6):1226-36. doi: 10.1107/s160057751701222x
[12] Zhou C, Nayar SK. Computational cameras: convergence of optics and processing. IEEE Transactions on Image Processing. 2011;20(12):3322-40. doi: 10.1109/TIP.2011.2171700