突破3D打印测温瓶颈！武大团队最新专利揭秘：赋予激光增材制造“火眼金睛”

在航空航天、高端装备制造领域，激光金属3D打印（增材制造）正成为核心工艺。然而，如何精准监控打印过程中高达几千度的“熔池”温度，一直是业界难题。近日，武汉大学团队公开了一项突破性专利，彻底解决了传统设备在扫描过程中的“温度测不准”问题，为高端制造带来了革命性的闭环控制基础。

01专利档案速览

• 🏷️ 专利名称：

  一种基于滤光片角度优化的熔池温度同轴监测系统及方法

• 🏢 申请单位：

  武汉大学

• 👨‍🔬 发明人：

  李辉、郭方涛、申胜男

• 📅 申请公布日：

  2026年04月24日

• 🔢 申请号：

  202610286222.7

02直击痛点：技术硬核解析

传统双波长比色测温系统在面对大视场振镜扫描时，由于光线入射角度的不断变化，会引发窄带干涉滤光片的“光谱蓝移”效应，导致空间内测温结果产生严重畸变和剧烈波动。此外，双通道图像配准不精确也会产生温度计算“伪影”。

本专利提出了三大颠覆性创新：

• 棱镜-滤光片级联分光架构：

  摒弃了庞大复杂的独立分光组件，利用窄带滤光片“带内透射、带外高反”的特性，将其复用为分光元件。系统不仅体积更紧凑，还能在单帧内实现双波长熔池信息的完美同步。

• 最佳非对称预倾角配置模型：

  首创双变量光路传输模型，通过全局数值寻优算法，找到了滤光片对扫描角度变化“最不敏感”的最佳工作点（如专利中得出的50.5°和42.3°配置），从物理层面自动补偿光程差异，实现了共模抑制。
  

• 亚像素级仿射变换配准算法：

  结合自适应阈值分割与图像多阶几何矩特征，不仅能校正平移误差，更能精准处理微小的旋转偏差，彻底消除边缘伪影。

03性能碾压：用数据说话

📊 全视场温度均匀性：仅为 1.20%
在大幅面扫描下，将全视场灰度比波动率大幅压缩至5.53%，测温数据高度一致。

🎯 极致的测温精度：相对误差仅 1.29%
在1000K目标温度的黑体炉标准测试中，平均测量温度达到987.1K，极其精准。

🔬 超高对齐精度：IoU稳定在 93% 以上
彻底击败传统的相位相关法，极大提高了熔池形貌特征提取的准确性。

🔥 覆盖超宽温度区间：1400K - 3200K
无论多高动态的瞬态热行为，哪怕是扫描路径转折区域的骤升温度，都能被精准捕捉。

04市场应用与前沿洞察

🏭 产业化应用场景：

• 航空航天发动机/关键结构件：

  保障复杂合金（如Inconel 718）在激光粉末床熔融(LPBF)过程中的质量，预防气孔、裂纹和未熔合缺陷。

• 高端模具制造与大型装备修复：

  为激光送粉定向能量沉积(DED)等工艺提供实时的工艺窗口优化依据。

• 智能装备升级：

  模块化、紧凑型的设计极易无缝集成至现有的国产3D打印主机中，作为核心传感器实现真正的“智能闭环控制”。

🌍 全球行业新闻与市场需求：

近年来，国内外金属3D打印市场迎来了爆发式增长。国际巨头如EOS、SLM Solutions等纷纷将“原位监测（In-situ monitoring）”作为新一代机型的标配。据市场研报显示，全球增材制造原位监测系统市场规模年复合增长率超过25%。

从国内商业航天火箭发动机的密集打印，到C919大飞机零部件的批量化制造，对过程质量控制（QA/QC）的需求呈井喷之势。各大主流3D打印服务商正迫切寻找能够替代传统高昂进口监测仪器的国产化方案。武汉大学的这项专利，凭借其“高精度、大视场、结构紧凑、低成本”的综合优势，精准切中了高端制造业急需“高可靠闭环控制”的市场痛点，极具技术转化潜力，未来有望斩获国内外千万级别的产线升级订单！