增材制造（AM）技术的强度取决于其所生产的最薄弱部分。尽管激光粉床熔化是一种成熟的AM技术，但它仍然严重依赖于试错方法。为了保证质量，研究人员需要监测建造过程中熔化粉末的温度等参数。然而，当熔池以每秒一米的速度移动时，他们如何能够测量金属粉末的温度呢？

《增材制造》杂志上刊登的最新研究引入了一种实验性方法，利用一台普通商用彩色摄像机测量熔池温度。对熔池温度的准确测量可以用于预测和识别缺陷迹象，例如关键孔洞，该缺陷可能导致裂纹和孔隙，进而造成不合适的零件。

“这些熔池温度场测量技术及其本身的测量方式是完全独特的，”机械工程学教授杰克·比思说道。

“我们的方法可以应用于任何彩色摄像机，用于监测和更好地理解熔池，从而为广泛的增材制造过程提供高质量的零件，” 机械工程学教授乔恩·马伦补充道。

为了感知可见的颜色，团队使用了一台商用彩色相机，该相机在传感器上具有内置的Bayer滤光片，每个红色和蓝色像素滤光片上都有两个绿色像素滤光片。由于每个像素只感知来自一种颜色的光线，团队针对每个像素获得了独特的测量数据。通过一种称为去马赛克的技术，团队重建出完整的彩色图像，并测量其每种颜色之间的比例以计算温度。

这种新颖的比例法在应用于增材制造过程中，避免了与表面性质和视角因素相关的复杂问题，从而解决了传统红外成像技术在该领域所面临的挑战。

他们利用实验结果在计算流体动力学模型中确定了未知参数，以更深入了解熔池微观尺度上的发生情况。

在融化池中的峰值温度有助于研究在生产过程中材料蒸发，而融化池末端的温度梯度则帮助我们了解最终部件的微观结构。理解融化池中的物理现象对于确保零部件的质量至关重要，因为如果材料蒸发过多或者融化池不稳定，制造商可能会得到完全不同的材料性质和缺陷，从而导致部件无法使用。

现在可以深入研究揭示增材制造的科学原理，而不仅仅是监测整个过程。未来，卡内基梅隆大学的研究人员计划运用这一技术来理解诸如电弧增材制造和定向能源沉积等不同的工艺过程。

这些测量和类似的模拟为我们打开了一扇通往对于熔池物理如何受到工艺参数影响的更全面和基础性认识的大门，这在增材制造过程的发展中是一个核心问题。