2025年高性能制造《增材制造質(zhì)量控制》沖刺押題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.增材制造過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測激光功率和掃描速度等工藝參數(shù)屬于哪種質(zhì)量控制活動(dòng)？A.零件完工后的最終檢驗(yàn)B.基于模型的工藝監(jiān)控C.基于數(shù)據(jù)的工藝監(jiān)控D.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定2.下列哪項(xiàng)不是增材制造過程中常見的成型缺陷？A.燒結(jié)不充分B.晶體定向C.尺寸超差D.材料硬度不足3.在金屬增材制造中，用于檢測內(nèi)部孔隙和裂紋等體積型缺陷的常用非破壞性檢測方法是？A.超聲波檢測（UT）B.渦流檢測（ET）C.磁粉檢測（MT）D.滲透檢測（PT）4.增材制造零件表面出現(xiàn)凹坑，其主要成因通常與哪個(gè)因素直接相關(guān)？A.殘余應(yīng)力過大B.冷卻速度過快C.熔池不穩(wěn)定飛濺D.材料晶粒過粗5.以下哪項(xiàng)技術(shù)通常不用于增材制造過程監(jiān)控，而是用于零件完工后的幾何尺寸測量？A.溫度傳感器陣列B.三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）C.光學(xué)輪廓掃描D.基于相機(jī)的視覺監(jiān)控6.增材制造質(zhì)量控制中，SPC（統(tǒng)計(jì)過程控制）主要關(guān)注的是？A.零件最終的外觀評(píng)定B.工藝參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布和過程穩(wěn)定性C.缺陷的修復(fù)工藝D.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)條款7.對(duì)于需要承受高應(yīng)力的航空航天結(jié)構(gòu)件的增材制造，哪項(xiàng)質(zhì)量要求是首要關(guān)注的？A.表面粗糙度B.幾何尺寸精度C.材料的微觀組織和力學(xué)性能D.零件的表面裝飾性8.增材制造過程中，通過優(yōu)化掃描策略（如層掃描方向、填充圖案）來減少內(nèi)部應(yīng)力，屬于哪種質(zhì)量控制方法？A.缺陷檢測與修復(fù)B.工藝參數(shù)優(yōu)化C.設(shè)計(jì)優(yōu)化D.零件服役驗(yàn)證9.下列哪種因素的變化可能導(dǎo)致增材制造零件出現(xiàn)未熔合缺陷？A.激光能量密度過低B.掃描速度過慢C.填充密度過高D.零件冷卻速度適中10.增材制造質(zhì)量控制的最終目的是什么？A.發(fā)現(xiàn)盡可能多的零件缺陷B.確保制造出的零件滿足設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)C.制定盡可能多的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)D.降低制造成本二、簡答題1.簡述增材制造過程中常見的三種缺陷類型及其產(chǎn)生的主要原因。2.簡要說明基于模型的增材制造過程監(jiān)控與基于數(shù)據(jù)的增材制造過程監(jiān)控的主要區(qū)別。3.在增材制造質(zhì)量檢測中，選擇某種非破壞性檢測技術(shù)時(shí)需要考慮哪些主要因素？4.什么是增材制造的質(zhì)量控制全生命周期？請簡述其關(guān)鍵階段。三、綜合應(yīng)用題假設(shè)你正在負(fù)責(zé)一個(gè)使用選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)制造高性能合金鋼復(fù)雜齒輪零件的項(xiàng)目。在試制過程中，發(fā)現(xiàn)部分齒輪零件存在表面微裂紋和內(nèi)部孔隙等缺陷，影響了零件的強(qiáng)度和壽命。請針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)一個(gè)綜合的質(zhì)量控制方案，包括：（1）分析可能的原因（至少從工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、材料、設(shè)計(jì)掃描策略等角度考慮）。（2）提出過程監(jiān)控的具體措施（至少包括監(jiān)控哪些關(guān)鍵參數(shù)以及如何監(jiān)控）。（3）提出缺陷檢測的具體方法（至少包括一種適用于內(nèi)部缺陷的檢測方法和一種適用于表面缺陷的檢測方法，并說明選擇理由）。（4）簡述如何根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和檢測結(jié)果進(jìn)行反饋和調(diào)整，以優(yōu)化工藝并減少缺陷。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.A4.C5.B6.B7.C8.B9.A10.B二、簡答題1.增材制造過程中常見的三種缺陷類型及其產(chǎn)生的主要原因：*孔隙：主要原因是局部能量輸入不足導(dǎo)致熔化不完全、氣體卷入熔池未能排出、或冷卻過快導(dǎo)致氣體溶解度下降析出。原因可能涉及激光功率/能量密度不夠、掃描速度過快、送粉速率不匹配、保護(hù)氣流量不足或氣體純度低等。*裂紋：主要原因是冷卻速度快導(dǎo)致熱應(yīng)力過大超過了材料的承受能力，或材料在高溫下塑性差。原因可能涉及材料選擇不當(dāng)、工藝參數(shù)設(shè)置不合理（如激光功率過高、掃描速度過慢導(dǎo)致過熱）、零件幾何形狀設(shè)計(jì)不合理（如壁厚不均、有急劇的尖角或孔洞）、或支撐結(jié)構(gòu)去除不當(dāng)?shù)取?未熔合/未完全熔合：主要原因是局部能量輸入不足，導(dǎo)致相鄰掃描路徑或?qū)优c層之間未能完全熔化結(jié)合。原因可能涉及激光功率不夠、掃描線間距過大、送粉不均勻或粉末質(zhì)量差、或掃描策略（如層間掃描方向重疊不足）不合理等。2.基于模型的增材制造過程監(jiān)控與基于數(shù)據(jù)的增材制造過程監(jiān)控的主要區(qū)別：*基于模型的監(jiān)控：依賴于建立描述增材制造過程（如溫度場、應(yīng)力場、熔池狀態(tài)）與工藝參數(shù)之間關(guān)系的物理模型或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｍㄟ^實(shí)時(shí)測量部分工藝參數(shù)（如激光功率、溫度），利用模型預(yù)測其他關(guān)鍵參數(shù)的狀態(tài)或預(yù)測潛在缺陷的產(chǎn)生。其優(yōu)點(diǎn)是能夠提供對(duì)過程狀態(tài)的深入理解，理論上可以預(yù)測未來趨勢；缺點(diǎn)是模型建立復(fù)雜，可能存在模型誤差，且對(duì)模型精度要求高。*基于數(shù)據(jù)的監(jiān)控：直接利用傳感器實(shí)時(shí)采集過程數(shù)據(jù)（如聲發(fā)射信號(hào)、視覺圖像、光譜數(shù)據(jù)等），通過建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型（如統(tǒng)計(jì)過程控制、機(jī)器學(xué)習(xí)算法）來識(shí)別異常模式或預(yù)測缺陷。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施相對(duì)簡單，可以處理復(fù)雜非線性關(guān)系，適應(yīng)性強(qiáng)；缺點(diǎn)是可能需要大量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求高，且模型的可解釋性有時(shí)較差，更多是識(shí)別“是什么”，而非解釋“為什么”。3.在增材制造質(zhì)量檢測中，選擇某種非破壞性檢測技術(shù)時(shí)需要考慮哪些主要因素：*待檢測缺陷的類型和位置：不同的缺陷（體積型、表面型、內(nèi)部、淺層）適合不同的檢測技術(shù)（如RT對(duì)內(nèi)部體積缺陷效果好，UT對(duì)內(nèi)部和近表面缺陷靈敏，PT對(duì)近表面開口缺陷有效）。*零件的材料：檢測技術(shù)需要與材料特性兼容（如磁性對(duì)MT/ET的影響，滲透性對(duì)PT的影響）。*零件的幾何形狀和尺寸：零件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、大小和重量會(huì)影響檢測方法的可達(dá)性、效率和要求（如大型零件可能需便攜式UT設(shè)備）。*檢測靈敏度和深度要求：需要檢測的缺陷最小尺寸以及需要探測的深度。*檢測速度和成本要求：生產(chǎn)節(jié)拍或檢測窗口對(duì)檢測速度的要求，以及項(xiàng)目預(yù)算對(duì)檢測成本的限制。*數(shù)據(jù)分析和解釋的復(fù)雜度：對(duì)檢測結(jié)果判讀的難易程度和所需專業(yè)知識(shí)的水平。*安全性要求：檢測過程是否對(duì)零件或操作人員有潛在危害（如RT的輻射防護(hù)）。4.什么是增材制造的質(zhì)量控制全生命周期？請簡述其關(guān)鍵階段：增材制造的質(zhì)量控制全生命周期是指從增材制造零件的最初概念設(shè)計(jì)階段開始，貫穿工藝制定、生產(chǎn)過程監(jiān)控、缺陷檢測、質(zhì)量評(píng)定、直至最終零件服役驗(yàn)證和后續(xù)反饋改進(jìn)的整個(gè)過程的全面質(zhì)量管理活動(dòng)。其關(guān)鍵階段包括：*設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量考慮：在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就考慮增材制造的可制造性（DfAM），利用仿真預(yù)測潛在的質(zhì)量問題（如應(yīng)力、變形、缺陷），優(yōu)化設(shè)計(jì)以利于質(zhì)量控制。*工藝制定與優(yōu)化：根據(jù)材料特性和零件要求，制定優(yōu)化的制造工藝參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)或仿真進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，確保工藝的穩(wěn)定性和零件質(zhì)量的可靠性。*過程監(jiān)控：在制造過程中實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地監(jiān)測關(guān)鍵工藝參數(shù)、溫度場、熔池狀態(tài)等，以及零件的形貌變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并采取措施。*缺陷檢測與評(píng)估：在制造過程中或完成后，采用合適的非破壞性檢測（NDT）方法檢測零件的內(nèi)部和表面缺陷，評(píng)估缺陷的類型、尺寸、位置及其對(duì)零件性能的影響。*質(zhì)量評(píng)定與驗(yàn)證：依據(jù)設(shè)計(jì)要求、工藝規(guī)范和相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)零件進(jìn)行尺寸、性能（力學(xué)、功能等）的最終評(píng)定，確認(rèn)零件是否合格。*反饋與持續(xù)改進(jìn)：收集制造過程、檢測結(jié)果和服役反饋信息，分析質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，對(duì)設(shè)計(jì)、工藝、材料等方面進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，優(yōu)化質(zhì)量控制策略。三、綜合應(yīng)用題（1）可能的原因分析：*工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)：激光功率過高可能導(dǎo)致過熱和熱應(yīng)力集中，掃描速度過快可能導(dǎo)致能量輸入不足形成孔隙，或過慢導(dǎo)致過熱和氧化；層厚過大或激光能量密度不足可能導(dǎo)致熔合不良。*設(shè)備狀態(tài)不佳：激光器輸出不穩(wěn)定、焦點(diǎn)漂移、送粉系統(tǒng)故障（如粉末流不均勻、堵塞）。*粉末材料問題：粉末粒度分布不均勻、含有雜質(zhì)、儲(chǔ)存不當(dāng)導(dǎo)致氧化或吸潮。*設(shè)計(jì)/掃描策略問題：齒輪齒根等應(yīng)力集中區(qū)域設(shè)計(jì)不合理；掃描路徑規(guī)劃（如層間搭接、線性掃描vs擺掃）不當(dāng)，導(dǎo)致熔合強(qiáng)度不足；支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或去除不完善，影響應(yīng)力分布。*冷卻條件影響：冷卻氣流量或壓力不當(dāng)，導(dǎo)致冷卻速度過快或過慢。（2）過程監(jiān)控的具體措施：*監(jiān)控關(guān)鍵工藝參數(shù)：實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄激光功率、掃描速度、送粉速率、保護(hù)氣流量、送粉器位置和振動(dòng)等。*監(jiān)控溫度場：在零件近表面或關(guān)鍵區(qū)域布置溫度傳感器（如熱電偶、紅外傳感器），監(jiān)控熔池溫度和零件表面溫度變化。*監(jiān)控熔池狀態(tài)：利用高速攝像或光譜儀等觀察熔池的形態(tài)、動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性，識(shí)別飛濺、未熔合等跡象。*監(jiān)控送粉狀態(tài)：監(jiān)測粉末輸送的均勻性、流量穩(wěn)定性，檢查是否有堵塞現(xiàn)象。*近實(shí)時(shí)幾何監(jiān)控（如條件允許）：利用機(jī)器視覺系統(tǒng)初步監(jiān)控層高、表面形貌變化。（3）缺陷檢測的具體方法及理由：*內(nèi)部缺陷檢測：采用超聲波檢測（UT）。理由：UT能夠有效探測金屬部件內(nèi)部的體積型缺陷（如孔隙、裂紋、未熔合），對(duì)于檢測致密的金屬材料內(nèi)部缺陷靈敏度高，且設(shè)備相對(duì)便攜，適合在線或近線檢測。*表面缺陷檢測：采用視覺檢測（基于機(jī)器視覺）。理由：視覺檢測系統(tǒng)（CCD相機(jī)+圖像處理軟件）可以快速、非接觸地掃描零件表面，能夠有效識(shí)別表面微裂紋、凹坑、尺寸超差等表面缺陷，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測，適合檢測大面積或復(fù)雜曲面的零件。（4）反饋與調(diào)整：*根據(jù)過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：如果發(fā)現(xiàn)激光功率或速度等參數(shù)超出設(shè)定范圍或出現(xiàn)異常波動(dòng)，立即調(diào)整回設(shè)定值或進(jìn)行補(bǔ)償；如果發(fā)現(xiàn)溫度異常，分析原因并調(diào)整工藝參數(shù)（如降低功率、改變速度）或改善冷卻條件。*根據(jù)缺陷檢測結(jié)果：分析UT檢測到的內(nèi)部缺陷位置和