Melt pool monitoring in laser beam melting with two-wavelength holographic imaging
Contrôle du bain de fusion obtenu par fusion laser avec l'holographie numérique à deux longueurs d'onde
Résumé
Over the past two decades, laser beam melting has emerged as the leading metal additive manufacturing process for producing small- and medium-size structures. However, a key obstacle for the application of this technique in industry is the lack of reliability and qualification mainly because of melt pool instabilities during the laser-powder interaction, which degrade the quality of the manufactured components. In this paper, we propose multi-wavelength digital holography as a proof of concept for in situ real-time investigation of the melt pool morphology. A two-wavelength digital holographic setup was co-axially implemented in a laser beam melting facility. The solidified aluminum tracks and melt pools during the manufacturing of 316L were obtained with full-field one-shot acquisitions at short exposure times and various scanning velocities. The evaluation of the complex coherence factor of digital holograms allowed the quality assessment of the phase reconstruction. The motion blur was analyzed by scanning the dynamic melt pool.
Au cours des deux dernières décennies, la fusion par faisceau laser s'est imposée comme le principal procédé de fabrication additive métallique pour produire des structures de petite et moyenne taille. Cependant, l'un des principaux obstacles au déploiement de cette technique dans l'industrie est le manque de fiabilité et de qualification dû principalement à des instabilités du bain de fusion pendant l'interaction laser-poudre qui dégradent la qualité des composants fabriqués. Cet article propose l'holographie numérique multi-longueur d'onde comme preuve de concept pour l'investigation in-situ et temps réel de la morphologie du bain de fusion. L'holographie numérique à deux longueurs d'onde est implantée de manière coaxiale dans un banc de test de fusion par faisceau laser. Le contrôle des cordons d'aluminium solidifiés et des bains de fusion pendant la fabrication du 316L est obtenu grâce à une acquisition d'image plein champ et pendant un temps d'exposition court pour différentes vitesses de balayage. L'évaluation du facteur de cohérence complexe des hologrammes numériques permet d'apprécier la qualité de la reconstruction de phase. Le flou de mouvement est analysé lors du balayage de la masse fondue dynamique.