In-process monitoring of layer temperature in fused filament fabrication

Abstract

Temperaturstyring i Smeltet FilamentStyring (SMS) blir mer relevant for forutsigbar styrke i Additiv Tilvirkete (AT) komponenter. Ved å overvåke lagtemperaturer under prosessen av SMS, kan styrke bestemmes ved å sammenligne lagtemperatur med styrke for en gitt konfigurasjon. Metoder for å bestemme lagtemperaturer i prosessen er fortsatt under utvikling, og berøringsfrie infrarøde temperatursensorer blir mer anvendelige. Med økende følsomhet, raskere behandlingstider og mer pålitelige temperaturkalibreringer, viser berøringsfrie infrarøde temperatursensorer lovende funksjoner for lagtemperaturm˚alinger i SMS. Ved å bruke en svært nøyaktig berøringsfri infrarød temperatursensor ble dette prosjektet i stand til å overvåke lagtemperaturer i prosessen i detalj. Hvert lagmønster ble lett identifisert, og hver bevegelse i fabrikasjonen kunne observeres. Resultatet ble en lagtemperatur modell av prøven som ble brukt til forsøkene. Potensialet til fulltemperaturmodeller er introdusert, men med en usikkerhet om emissivitetseffekt. Gjennom eksperimenter med den kontaktlse infrarøde temperatursensoren og termoelementer i kontakt med materiale kunne endringer i emissivitet forutses. Dette prosjektet introduserer bruken av en presis berøringsfri infrarød temperatursensor for å overvåke lagtemperaturer i prosessen av SMS og effekten av emissivitet for dynamiske temperaturer i SMS.

emperature management in Fused Filament Fabrication (FFF) is getting more relevant considering predictable strength in Additive Manufacturing (AM) components. By monitoring layer temperatures in FFF in-process, strength can be determined by comparing layer temperature to strength for a given configuration. Methods to determine layer temperatures in-process is still under development, and non-contact infrared temperature sensors are becoming more applicable. With increasing sensitivity, faster processing times, and more reliable temperature calibrations, non-contact infrared temperature sensors show promising features for layer temperature measurements in FFF. Using a highly accurate non-contact infrared temperature sensor, this project was able to monitor layer temperatures in-process in great detail. Each layer pattern was easily identified, and each movement in the fabrication could be observed. The result was a layer temperature model of the specimen used for the experiments. The potential of full temperature models is introduced, but with an uncertainty of emissivity effect. Through experiments with the non-contact infrared temperature sensor and in-contact thermocouples change in emissivity could be predicted for the material used. This project introduces the use of a precise non-contact infrared temperature sensor for monitoring layer temperatures in-process and the effect of emissivity for dynamic temperatures in FFF.