随着 3D 打印的不断发展和发展，能够实时监控构建的诊断已成为生产优质零件的重要工具，尤其是在液态金属喷射 (LMJ) 等新兴打印技术中。

在 LMJ 中，微小的熔融金属液滴从喷嘴中高速喷出，以分层 3D 打印零件，类似于消费市场上的喷墨打印机。与基于激光的金属 3D 打印工艺不同，该技术不需要金属粉末，因为金属粉末处理起来很危险，而且会浪费材料。现在用于确保高质量 LMJ 打印的诊断在很大程度上依赖于高速摄像，这需要昂贵的设备，可能难以设置，并且会生成大量数据。虽然足以评估几秒钟的测试打印，但对于更长的构建来说，这不是一个可行的解决方案。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的研究人员正试图通过一种新的诊断工具来解决这个问题，该工具可以确定金属液滴的质量并实时监控 LMJ 打印。该方法使用低频电磁近场检测来捕获金属液滴动力学，当与模拟结合时，仅根据信号幅度和相位提供有关液滴特征的信息。

研究人员表示，仅使用一个参数来表征液滴的能力显着减少了必要数据的数量，从而使长期 LMJ 打印的处理和反馈成为可能。这项工作由《应用物理学杂志》在线发表，编辑将其选为特色文章。

“我们的结果表明，使用毫米波检测方法可以对液态金属喷射进行原位监测，”主要作者和 LLNL 工程师 Tammy Chang 说。“这令人兴奋，因为这意味着我们可以取代计算成本高昂的高速、高分辨率光学诊断，以实现实时性能评估和反馈控制，从而确保高质量的印刷金属部件。”

通过这项新技术，他们发现了喷嘴处的打印变化和异常等大规模趋势，以及液滴的微观属性，包括大小、位置和动态。Chang说，该团队使用电磁模拟来模拟液滴特性，使团队能够了解电磁散射的物理原理以及检测到的信号幅度和相位的变化如何影响液滴特征。

研究人员表示，这项研究的结果是一种“紧凑且非侵入性”的诊断方法，能够以比以前更高的打印速率区分 LMJ 机器中的液滴，并且能够检测打印系统的其他功能。他们总结说，仅基于一个参数来捕获液滴特性的能力最终显示了反馈系统的前景，在该系统中，可以使用快速、实时的处理来调整打印设置并保证零件质量。

该论文的合著者、LLNL 工程师安迪·帕斯卡尔 (Andy Pascall) 表示：“干净地喷射一滴直接落下的墨滴是获得良好打印质量的关键。” “高速摄像在我们测试新打印参数的实验室规模环境中运行良好，但在生产中永远无法使用。毫米波诊断是一项巨大的改进，因为它可以集成到打印机中，不需要光学访问并提供可以实时分析的数据，以确定是否正在生成高质量的液滴。这种类型的诊断在生产环境中将非常有用。”

未来，研究人员表示，信号处理技术可用于关联光学和毫米波测量，并仅根据毫米波结果预测液滴特性。LLNL 研究人员及其合作者开发的处理工作目前正在审查中。

这项工作是为期三年的实验室指导研究与开发 (LDRD) 项目的一部分，该项目旨在为金属增材制造开发声学和电磁监测方法。它支持由 Pascall 和物理学家 Jason Jeffries 领导的 LLNL 按需液滴液态金属喷射工作。

实验室工作人员科学家和无损评估小组负责人 Joe Tringe 设计了诊断的原始基本理念，以及更广泛的 LDRD 探索性研究项目，用于金属增材制造的声学和电磁诊断。

该论文的合著者包括 LLNL 科学家和工程师 Saptarshi Mukherjee、Nicholas Watkins、Edward Benavidez、Abigail Gilmore 和首席研究员 David Stobbe。