Контроль температуры ванны расплава при электронно-лучевом аддитивном формообразовании методом спектральной термографии

Хохлов Д. Д.; Быков А. А.; Поляков М. П.; Шишкин Д. В.; Белых А. Ю.; Корнеева А. А.; Золотухина А. А.

Контроль температуры ванны расплава при электронно-лучевом аддитивном формообразовании методом спектральной термографии

Хохлов Д. Д.,

Быков А. А.,

Поляков М. П.,

Шишкин Д. В.,

Белых А. Ю.,

Корнеева А. А.,

Золотухина А. А.

2026

https://doi.org/10.29235/1561-8358-2026-71-2-95-104

Представлен метод спектральной термографии для контроля пространственного распределения температуры в ванне расплава при аддитивном формообразовании металлических изделий и экспериментальная установка для реализации данного метода. В основе метода лежит мультиспектральная съемка в четырех узкоспектральных каналах при помощи одиночного матричного приемника излучения. В ходе работы проведена экспериментальная апробация метода на установке электронно-лучевого аддитивного формообразования. Полученные в эксперименте данные подвержены характерным искажениям, связанным с частичным осаждением материала на защитном стекле мультиспектральной камеры. Предложенный алгоритм предварительной обработки скомпенсировал указанные искажения. Результаты экспериментов по электронно-лучевому аддитивному формообразованию указывают на возможность регистрации относительных изменений температуры в процессе аддитивного формообразования. При выбранной частоте регистрации кадров на пространственных распределениях температуры видны периодические изменения, сопряженные с особенностями выбранных режимов наплавки. Общий характер пространственного распределения температуры в ванне расплава в значительной мере совпадает с теоретическими данными, описанными в ранее опубликованных работах. Полученные результаты позволяют судить о возможности дальнейшего применения предложенного подхода для контроля температурных режимов при аддитивном формообразовании.

Хохлов Д. Д., Быков А. А., Поляков М. П., Шишкин Д. В., Белых А. Ю., Корнеева А. А., Золотухина А. А. Контроль температуры ванны расплава при электронно-лучевом аддитивном формообразовании методом спектральной термографии. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2026;71(2):95-104. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2026-71-2-95-104

Цитирование

Список литературы

1. Additive Manufacturing: A Comprehensive Review / L. Zhou, J. Miller, J. Vezza [et al.] // Sensors. – 2024. – Vol. 24, № 9. – Art. ID 2668. https://doi.org/10.3390/s24092668

2. Gibson, I. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing / I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker. – New York: Springer, 2014. – XXII, 459 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-1120-9

3. A review on qualification and certification for metal additive manufacturing / Z. Chen, C. Han, M. Gao [et al.] // Virtual and Physical Prototyping. – 2022. – Vol. 17, № 2. – P. 382–405. https://doi.org/10.1080/17452759.2021.2018938

4. Влияние условий термоциклирования в процессе аддитивного производства заготовок из нержавеющей стали и силумина на их микроструктуру / И. Л. Поболь, А. А. Бакиновский, М. К. Степанкова [и др.] // Литье и металлургия. – 2018. – T. 4. – C. 133–138. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2018-4-133-138

5. Логинова, И. С. Исследование формирования структуры в процессе лазерной обработки алюминиевых сплавов, предназначенных для аддитивных технологий: дис. … канд. техн. наук: 05.16.01 / Логинова Ирина Сергеевна; Нац. исслед. технол. ун-т «МИСиС». – М., 2019. – 157 л.

6. Какорин, Д. Д. Автоматизация технологического процесса аддитивного производства металлических изделий послойной электродуговой наплавкой: дис. … канд. техн. наук: 2.3.3 / Какорин Даниил Дмитриевич; Твер. гос. техн. ун-т. – Тверь, 2025. – 158 л.

7. Geometrical Influence on Material Properties for Ti6Al4V Parts in Powder Bed Fusion / F. Nahr, M. Rasch, C. Burkhardt [et al.] // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2023. – Vol. 7, № 3. – Art. ID 82. https://doi.org/10.3390/jmmp7030082

8. Paolini A. Additive manufacturing in construction: A review on processes, applications, and digital planning methods / A. Paolini, S. Kollmannsberger, E. Rank // Additive Manufacturing. – 2019. – Vol. 30. – Art. ID 100894. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100894

9. Alhijaily A. Teams of robots in additive manufacturing: a review / A. Alhijaily, Z. M. Kilic, A. N. P. Bartolo // Virtual and Physical Prototyping. – 2023. – Vol. 18, № 1. – Art. ID e2162929. https://doi.org/10.1080/17452759.2022.2162929

10. Enabling pyrometry in absorber-free laser transmission welding through pulsed irradiation / V. Mamuschkin, A. Haeusler, C. Engelmann [et al.] // Journal of Laser Applications. – 2017. – Vol. 29, № 2. – Art. ID 022409. https://doi.org/10.2351/1.4983515

11. Fast Multi-Wavelength Pyrometer for Dynamic Temperature Measurements / R. Belikov, D. Merges, D. Varentsov [et al.] // International Journal of Thermophysics. – 2024. – Vol. 45, № 2. – Art. ID 29. https://doi.org/10.1007/s10765-023-03323-x

12. Снопко, В. Н. Основы методов пирометрии по спектру теплового излучения / В. Н. Снопко; Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т физики им. Б. И. Степанова. ‒ Мн.: Ин-т физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, 1999. ‒ 224 с.

13. Radiometric Techniques for Emissivity and Temperature Measurements for Industrial Applications / E. M. Vuelban, F. Girard, M. Battuello [et al.] // International Journal of Thermophysics. – 2015. – Vol. 36, № 7. – P. 1545–1568. https://doi.org/10.1007/s10765-015-1901-8

14. Application of infrared thermography for laser metal-wire additive manufacturing in vacuum / X. P. Ding, H. M. Li, J. Q. Zhu [et al.] // Infrared Physics & Technology. – 2017. – Vol. 81. – P. 166–169. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2016.12.017

15. Vallabh C. K. P. Melt pool temperature measurement and monitoring during laser powder bed fusion based additive manufacturing via single-camera two-wavelength imaging pyrometry (STWIP) / C. K. P. Vallabh, X. Zhao // Journal of Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 79. – P. 486–500. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.04.058

16. High-resolution melt pool thermal imaging for metals additive manufacturing using the two-color method with a color camera / A. J. Myers, G. Quirarte, F. Ogoke [et al.] // Additive Manufacturing. – 2023. – Vol. 73. – Art. ID 103663. https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103663

17. Temperature measurement in laser–metal processing using optical sensing: Radiometric calibration and validation of a multispectral camera / R. Dai, A. Cohen, T. Stoll [el al.] // Measurement. – 2025. – Vol. 242. – Art. ID 115896. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.115896

18. Four-Wavelength Thermal Imaging for High-Energy-Density Industrial Processes / A. Bykov, A. Zolotukhina, M. Poliakov [et al.] // Journal of Imaging. – 2025. – Vol. 11, № 6. – Art. ID 176. https://doi.org/10.3390/jimaging11060176

19. Convergence Properties of the Nelder–Mead Simplex Method in Low Dimensions / J. C. Lagarias, J. A. Reeds, M. H. Wright [et al.] // SIAM Journal on Optimization. – 1998. – Vol. 9, № 1. – P. 112–147. https://doi.org/10.1137/S1052623496303470

20. Goldsmith, A. Handbook of Thermophysical Properties of Solid Materials: in 5 vols. / A. Goldsmith, T. E. Waterman, H. J. Hirschhorn. – New York: Macmillan, 1961–1963. – 5 vols.

21. Fundamentals of heat and mass transfer. / F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman [et al.]. ‒ Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2010. – 997 p.

22. Gulyaev, I. P. Spectral-brightness pyrometry: Radiometric measurements of non-uniform temperature distributions / I. P. Gulyaev, A. V. Dolmatov // International Journal of Heat and Mass Transfer. ‒ 2018. ‒ Vol. 116. ‒ P. 1016‒1025. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.09.084

23. Власов, А. И. Физико-химические основы приборостроения: учеб. пособие / А. И. Власов, В. П. Жалнин, К. В. Селиванов. ‒ М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2024. ‒ 611 с.

24. Heat and mass transfer in electron beam additive manufacturing / X. Lai, G. Yang, Y. Wang, Z. Wei // International Journal of Mechanical Sciences. ‒ 2023. ‒ Vol. 259. ‒ Art. ID 108613. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108613

25. Свет, Д. Я. Температурное излучение металлов и некоторых веществ / Д. Я. Свет. – М.: Металлургия, 1964. – 134 с.

Источник

Информация

Автор

Хохлов Д. Д. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук
Быков А. А. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук
Поляков М. П. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук
Шишкин Д. В. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук
Белых А. Ю. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук
Корнеева А. А. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук
Золотухина А. А. Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук

Страницы

95-104

Год издания

2026

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук