Одной из самых насущных проблем в аддитивном производстве , несомненно, является надежность процесса. Как мы можем гарантировать, что 3D-печатные детали будут соответствовать желаемым требованиям? Выдержат ли они воздействие времени? Сможем ли мы успешно воспроизвести те же условия для всех наших деталей? Эти вопросы особенно актуальны в 3D-печати металлом , где многие специалисты все еще неохотно используют эту технологию именно из-за отсутствия надежности и повторяемости. Что, если бы мы могли разработать лучший контроль над процессом? Достичь более точного управления и лучшего моделирования? Это основное внимание уделяется исследованиям, проводимым в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) группой неразрушающей оценки (NDE). Их цель - наблюдать и анализировать эволюцию материалов и структур внутри детали во время печати и предлагать методы для обеспечения лучшего качества и большей однородности деталей.

Пока ещё очень сложно предсказать, как поведёт себя металлическая деталь, напечатанная на 3D-принтере, поскольку большинство технологий используют источник тепла для сплавления металлических частиц. Однако металлы особенно чувствительны к теплу, и эти тепловые изменения оказывают влияние на изготавливаемые конструкции. Рассеивание тепла в 3D-принтере может повлиять на сцепление частиц друг с другом, что приводит к сбоям, дефектам и, следовательно, несоответствиям.

Дэвид Стоббе — руководитель группы по ультразвуковой дефектоскопии и датчикам неразрушающего контроля в Отделе материаловедения (MED). Он объясняет: «Если вы хотите, чтобы люди использовали металлические компоненты АП в мире, вам необходим неразрушающий контроль. Если мы сможем доказать, что детали, изготовленные с помощью АП, ведут себя так, как задумано, это позволит им получить широкое распространение, использоваться в критически важных для безопасности компонентах в аэрокосмической, энергетической и других отраслях и, надеемся, откроет новую парадигму в производстве».

Но как конкретно это работает?

Методы неразрушающего контроля основаны на системе сигналов. Эти сигналы могут представлять собой электрические токи, рентгеновские лучи или даже ультразвуковые волны. Они пропускаются через печатаемые детали, и исследователи затем наблюдают любые изменения. Возьмём, к примеру, проект Саптарши Мукерджи, научного сотрудника Отдела атмосферы, Земли и энергии (AEED) лаборатории. Он контролирует внутреннюю температуру в процессе лазерной плавки порошка с помощью вихревых токов, то есть электрических токов, создаваемых магнитными полями. Эти токи чувствительны к электропроводности. Поскольку электропроводность зависит от температуры, легко понять, как эти вихревые токи могут предоставлять информацию о температуре внутри 3D-печатных деталей в режиме реального времени.

Итан Розенберг, научный сотрудник MED, добавляет: «Насколько нам известно, это первый случай использования вихретоковых датчиков для наблюдения за этими очень быстрыми неравновесными термическими процессами, которые наводят на мысль о тех тепловых процессах, которые можно наблюдать в процессе аддитивной обработки металлов».

Сегодня разрабатываются последующие проекты, основанные на рентгеновской компьютерной томографии, электрическом сопротивлении, ультразвуке и т.д. Чаще всего эти проекты связаны с изучением решётчатых структур или более сложных геометрических конструкций. Цель, очевидно, заключается в развитии этих исследований и обобщении используемых методов. В конечном счёте, исследователи надеются разработать алгоритмы машинного обучения для мониторинга процессов 3D-печати металлом в режиме реального времени и своевременного исправления любых ошибок. Это может привести к гораздо более широкому внедрению аддитивного производства металлов и открыть новые возможности. 

Источник