Monitorowanie procesu drukowania 3D metodą Fusion Bed Powder Laser ze spektroskopią w celu wykrycia defektów

Niestety, wiele rzeczy może pójść nie tak i powodować defekty w częściach metalowych wykonanych za pomocą drukowania 3D metodą termojądrową, takich jak pękanie, wklęsłość korzenia, naprężenia szczątkowe, porowatość, kulkowanie, rozwarstwienie, zanieczyszczenia mikrostrukturalne i wady powierzchni. 3D drukowane metalowe części z defektami mogą powodować problemy z bezpieczeństwem i upośledzoną funkcjonalność, a niektóre problemy mogą być wykryte i naprawione podczas przetwarzania końcowego, inne nie mogą, co powoduje częściową awarię. Aby wykryć i skorygować defekty, zanim będzie za późno, musimy przestudiować źródło tych wad.

Andrew Drieling z Wright State University w Ohio opublikował niedawno artykuł zatytułowany "Wykrywanie defektów w sytuacji przy użyciu Spektroskopia trójkolorowa w proszkowej produkcji lasera w proszku, "o użyciu spektroskopii do monitorowania druku 3D pod kątem wad.

Streszczenie brzmi:" Additive Manufacturing (AM) to sposób na tworzenie części, które byłyby niezwykle trudne lub niemożliwe w przypadku konwencjonalnych procesów produkcyjnych. Jednak AM wprowadza również defekty, które są szkodliwe dla mechanicznych osiągów. Wady te są potencjalnie nieznane do czasu kontroli i testowania po obróbce, marnowania czasu i zasobów na część bezużyteczną lub inicjowania nieoczekiwanej awarii. Historycznie spektroskopię z powodzeniem stosowano do monitorowania in situ spawania laserowego, stosując zmienne parametry w generowanej mgiełce do przewidywania defektów. Monitorowanie in situ przy użyciu widzialnego spektrometru do wytwarzania stopu 718 na stanowisku testowym wykonuje się laserowy układ do fuzji w złożu proszku. Defekty AM, takie jak porowatość dziurki od klucza i nierozpuszczony proszek, są wykrywane na wyjściu czujnika, a do przewidywania wystąpienia usterki stosuje się modelowanie oparte na fizyce. Spektroskopia może zapewnić monitorowanie w czasie bliskim w czasie rzeczywistym, pozwalając przewidzieć defekty i potencjalnie poprawić je przed ukończeniem części, oszczędzając czas i zasoby. "

Drieling wyjaśnił w swojej pracy, że spektroskopia jest badaniem absorpcja materii i emisja światła i innych promieniowań w związku z zależnością tych procesów od długości fali promieniowania. "Faktycznie mierzy interakcję pomiędzy materią i fotonami.

Dokonano wcześniejszych badań dotyczące zastosowania spektroskopii do wykrywania defektów i sterowania w pętli zamkniętej procesów spawania laserowego - można go wykorzystać do monitorowania procesu drukowania 3D w czasie rzeczywistym, co może zaoszczędzić czas, pieniądze i zasobydzięki czemu możliwe jest wykrycie wszelkich defektów wystarczająco wcześnie, aby je skorygować.

"Jeśli wykrywanie defektów jest ważne w spawaniu laserowym, gdzie jest to tylko pojedyncze przejście i widoczna jest powierzchnia całego spoiny, to jest jeszcze ważniejsza w fuzji laserowej z łożem proszku, gdzie większość spawów jest ukryta przy górnej powierzchni "- napisał Drieling. "Wady wykryte w spojeniu laserowym w złożu proszku są zdeterminowane do częściowej wydajności, a obecne metody wykrywania defektów nie mogą być stosowane, dopóki produkcja części nie jest kompletna, nawet wtedy, nie wszystkie wady można znaleźć metodami nieniszczącymi. Przy obecnych metodach część musi być całkowicie sfabrykowana, a następnie, jeśli wykryte zostaną niedopuszczalne defekty, cały czas i zasoby umieszczone w tej części zostały zmarnowane. Jeśli defekty pozostaną niezauważone, mogą zainicjować nieoczekiwaną awarię, prowadząc do potencjalnie niebezpiecznych sytuacji. "

Firma Drieling użyła niestandardowej, wbudowanej drukarki laserowej 3D z oprogramowaniem do prania w proszku z Universal Technology Corporation do swoich badań i zarejestrowanych danych za pomocą spektrometr, szybka kamera, profilometr oraz kamery widzialne i termiczne. Przeprowadził 15 indywidualnych testów, zmieniając parametry mocy i prędkości, aby sprawdzić, czy ma to jakiś wpływ na dane spektroskopowe.

"Po zakończeniu eksperymentu kulki badano pod mikroskopem i dostęp do jakość ", napisał Drieling. "Górny zestaw pięciu przebiegał z prędkością 500 mm / s, środkowy przy 1000 mm / si dolnym przy 1500 mm / s. W obrębie każdej grupy górny koralik pracował z mocą 450 watów, osiągając poziomy mocy do 150 watów dla dolnej kulki. "

Zbadano trzy cechy pod kątem możliwych przyszłych eksperymentów, podczas gdy kulki były badane : Keyholing, balling i najwyższa jakość koralików.

"Keyholing był najbardziej widoczny w 500 mm / s, 450 watowej kulce" High Power "- wyjaśnił Drieling. "Koraliki o wymiarach 1500 mm / s, 375 watów" Low Power "zostały wybrane do cech balistycznych. Należy zauważyć, że zgrubienie 1500 mm / s, 430 watt wykazywało gorsze zachowanie podczas piłowania, jednak nie było w stanie utrzymać ciągłego zgrubienia, więc nie zostało wybrane. Granulat 1000 mm / s, 225 wat "nominalny" wybrano dla uzyskania najwyższej obserwowalnej jakości pod względem szerokości i konsystencji ściegu. Te trzy perełki zostały następnie zbadane przy użyciu danych spektroskopowych. "

Zmieniając parametry przetwarzania, drieling dostrzegł zakres defektów w wytwarzanych kulkach; po przeanalizowaniu danych spektroskopowych zobaczył, żewartości natężenia zmieniały się dla wad, a dane dotyczące intensywności były nie tylko zależne od poboru energii, "ponieważ dwa badane kulki miały podobne wejścia energii i różne odczyty intensywności."

"Wszystkie te wyniki pokazują, że zamknięta pętla sterowanie spektroskopią laserową w złożu proszku jest możliwe za pomocą spektroskopii - podsumowuje Drieling.