Metallic materials are widely adopted in the construction industry. While traditional manufacturing techniques such as hot-rolling, cold-forming and extrusion often leads to prismatic structural components, adopting metal additive manufacturing (AM) technologies, such as Directed Energy Deposition (DED), will allow greater flexibility in the geometry of construction components. However, geometry inconsistency in DED is one of the main problems that hinders its application in construction industry. Lack of timely geometry assessment during DED process results in dimensional errors and defects of final products. Therefore, this research proposes to develop and integrate advanced process monitoring techniques into a DED system with a goal of online geometry quality assessment in support of quality assurance and process certification. To achieve geometry quality control, geometry quality assessment including geometry monitoring and geometry estimation are needed. According to existing literature review about geometry quality assessment during DED process, the research gaps are identified: (1) there is a lack of online real-time geometry monitoring technique to inspect each deposited track profile, which requires the integration of 3D geometry monitoring system with DED system; (2) real-time geometry estimation that can establish explicit relationship between process parameters and geometry attributes is not well studied, which impedes the development of geometry quality control; (3) there is a lack of real-time geometry monitoring and geometry estimation for depositions with sharp features, such as corners and intersections. Therefore, this research provides approaches to achieve online geometry quality assessment during the DED process using laser line scanner, including real-time geometry monitoring and real-time geometry estimation. In addition, this research put emphasis on geometry with sharp features which are often problematic and not well studied in previous literatures. The proposed online geometry assessment techniques could effectively facilitate DED to achieve zero-defect manufacturing and assist its adoption in various fields including the construction industry.
금속 재료는 건설 산업에서 널리 사용됩니다. 열간 압연, 냉간 성형 및 압출과 같은 전통적인 제조 기술은 종종 프리즘 구조 구성 요소로 이어지지만, DED(Directed Energy Deposition)와 같은 AM(Metal Additive Manufacturing) 기술을 채택하면 구성 요소의 기하학적 구조에 있어 더 큰 유연성을 제공할 수 있습니다. 그러나 DED의 기하학적 불일치는 건설 산업을 포함한 다양한 분야에서 적용을 방해하는 주요 문제 중 하나입니다. DED 공정 중에 적시에 형상 평가를 하지 않으면 치수 오류 및 최종 제품의 결함이 발생합니다. 따라서 본 연구에서는 품질보증 및 공정인증을 지원하는 온라인 형상품질평가를 목표로 고급 공정 모니터링 기법을 개발하여 DED 시스템에 통합할 것을 제안합니다.형상품질 관리를 달성하기 위해서는 형상모니터링 및 추정을 포함한 형상품질 평가가 필요합니다. DED 프로세스 중 형상품질 평가에 대한 기존 연구들에서 몇 가지 부족한 점이 있습니다. (1) 각 축적된 트랙 프로파일을 검사하기 위한 온라인 실시간 형상모니터링 기법이 부족합니다, 이는 3D 형상 모니터링 시스템과 DED 시스템의 통합을 요구합니다. (2) 프로세스 매개변수와 기하학적속성 사이에 명시적인 관계를 설정할 수 있는 실시간 형상 추정은 잘 연구되지 않았습니다, 이는 형상품질 제어의 개발을 방해합니다. (3) 모서리 및 교차점과 같은 날카로운 특징을 가진 퇴적물에 대한 실시간 형상모니터링 및 기하학적 추정이 부족합니다. 따라서, 본 연구는 이러한 연구 격차를 해소하여 건설 산업에 DED를 보다 잘 도입하는 것을 목표로 합니다. 본 연구는 실시간 형상모니터링 및 실시간 형상추정을 포함하여 레이저 라인 스캐너를 사용하여 DED 프로세스 중에 온라인 기하학적 품질 평가를 달성하기 위한 접근법을 제공합니다. 게다가, 이 연구는 종종 문제가 있고 이전의 문헌에서 잘 연구되지 않은 날카로운 특징을 가진 형상에 중점을 두었습니다. 제안된 온라인 형상 평가 기술은 DED가 결함이 없는 제조를 달성하고 건설 산업을 포함한 다양한 분야에서 DED의 채택을 효과적으로 지원할 수 있습니다.
