Development and integration of a novel solution for in-situ monitoring of Powder Bed Fusion processes based on Contact Image Sensor

The Additive Manufacturing process Laser Powder Bed Fusion, is still affected by major flaw, it is not completely reliable in terms of repeatability. This lack of robustness is one of the cause that inhibit the large scale adoption of AM process on industrial level. Layer by layer manufacturing and the openness of the AM process allow to perform quality monitoring concurrently with the production. Additional information on the process could be gathered allowing a better understanding of it. Exploiting the already in-place recoating procedure of Powder Bed Fusion AM Process, an Image Sensor is mounted parasitically on the recoater arm. The chosen acquisition device, the Contact Image Sensor features some unique characteristics that are well desired in this application, such as the shallow depth of focus, which allows to reconstruct a proxy of topography map of the powder bed, the homogeneous lightning, limits undesired reflection, and the spatial distribution of the sensing element grant a distortion free acquisition. The development of an acquisition system that able to detect defect with high resolution on the whole print bed, without any slow down of the process could bring the in-situ monitoring to a commercial level for industrial machine.

Il processo Laser Powder Bed Fusion in Additive Manufacturing (Manifattura additiva), è ancora affetto da gravi difetti, non è completamente affidabile in tema di ripetibilità. Questa mancanza di robustezza è la causa che inibisce l'adozione in larga scala di processi di manifattura additiva a livello industriale. La manifattura layer-by-layer e l'apertura dei processi di manifattura additiva, permette di eseguire un monitoraggio di qualità in concomitanza con la produzione. Possono essere raccolte informazioni sul processo che permettono una miglior comprensione dello stesso. Sfruttando la procedura di spargimento polvere già presente nel processo Powder Bed Fusion, un Sensore di Immagine a Contatto (CIS), viene montato sulla racla stessa. Il dispositivo di acquisizione scelto, il Sensore di Immagine a Contatto, ha alcune caratteristiche ben desiderate in questa applicazione, come la bassa profondità di fuoco, che permette di ricostruire una mappa topografica del letto di polvere, una luce omogenea, che limita riflessi indesiderati, e una distribuzione spaziale degli elementi sensibili, che permette una acquisizione priva di distorsioni. Lo sviluppo di un sistema di acquisizione capace di rilevare difetti con un alta risoluzione sull'intero letto di polvere, senza alcun rallentamento del processo, potrebbe portare i metodi di in-situ monitoring a un livello commerciale per macchine industriali.