ORNL przyspiesza kontrolę jakości druku 3D

"Błędnie zakładamy, że to, co wydrukujesz, będzie identyczne z tym, co zostało zaprojektowane" - powiedział Suresh Babu, który jest szefem gubernatora ds. zaawansowanej produkcji na University of Tennessee oraz w Oak Ridge National Laboratory (ORNL). "Drukowanie materiału wiąże się z bardzo złożonym profilem temperaturowym materiału z powodu wielu zdarzeń związanych z nagrzewaniem, topieniem i chłodzeniem, które są ze sobą wzajemnie powiązane i zależą od siebie."

Złożony proces drukowania 3D wpływa na takie rzeczy jak porowatość, struktura defektów i niejednorodne mikrostruktury, wszystkie ważne czynniki wpływające na ostateczne wykonanie części. Jeśli cokolwiek jest nawet trochę poza tym, część nie będzie działała tak dobrze, jak powinna. Jeśli chodzi o części krytyczne, takie jak te używane w zastosowaniach lotniczych, wydajność absolutnie musi być doskonała, więc należy przeprowadzić kompleksowe testy i inspekcje każdej części. Zwiększa to koszt produkcji i ogranicza realną użyteczność produkcji dodatków.

Można zaimplementować kontrolę procesu w celu certyfikacji wydrukowanych w 3D części, ale proces jest długi i drogi, a geometria części zmiany, cały proces musi zostać rozpoczęty od nowa dla nowej geometrii.

"Aby technologie produkcji dodatkowej były szeroko stosowane w aplikacjach przemysłowych, musimy zrewolucjonizować sposób myślenia o procesie certyfikacji" powiedział Vincent Paquit, kierownik ds. obrazowania i analizy danych w dziale produkcji demonstracyjnej ORNL. "Musimy dotrzeć do miejsca, w którym możemy poświadczyć proces, a nie poszczególne części."

"Kolejnym ważnym wyzwaniem w produkcji dodatków jest stres resztkowy i zniekształcenia" - powiedział Ryan Dehoff, przywódca ORNL's Deposition Science i Grupa technologii. "Te skomplikowane cykle termiczne podczas przetwarzania powodują wiele wewnętrznych naprężeń szczątkowych i mogą się znacznie różnić w obrębie części, co ostatecznie objawia się zniekształceniem."

Jednym skutecznym sposobem wykrywania resztkowego stresu i defektów jest neutron analiza w reaktorze izotopowym High Flux ORNL i źródle neutronów spallacyjnych. Proces może wykazywać wypaczenia i porowatość w obrębie dużego komponentu bez konieczności rozcinania tego składnika.

"Zaletą neutronów jest to, że mogą one dość łatwo przejść przez metale. Możesz zobaczyć wewnętrzne struktury i cechy w próbce dodatku do dodatku "- powiedziała Hassina Bilheux, naukowiec zajmujący się neutronami z ORNL. "W tej chwili, jeśli chcesz to zrobić zPromienie X, to jest bardzo trudne. Musisz pobudzić energię w promieniach X, a robiąc to, tracisz rozdzielczość. "

Aby w pełni wykorzystać informacje z analizy neutronów, naukowcy muszą dokładnie monitorować warunki, w których część jest produkowana. Kamery na podczerwień rejestrują dokładną temperaturę, gdy wiązka uderza w metalowy proszek, podczas gdy inne instrumenty monitorują ciśnienie w komorze druku, chropowatość powierzchni druku i różnice w zasilaniu, między innymi informacjami.

"Zaczynamy od zebrania jak największej ilości danych, aby ustalić związek między intencją procesu a wynikiem końcowym. Każdy dodatkowy czujnik dodaje wartość do układanki ", powiedział Paquit.

ORNL stworzył pakiet narzędzi oprogramowania open source, aby pomóc użytkownikom lepiej zrozumieć niuanse procesu produkcji dodatków. Narzędzia te mogą służyć do poświadczenia, że ​​maszyna działa zgodnie z oczekiwaniami i produkcji części dobrej jakości. Zespół interdyscyplinarny również kontekstualizuje wyniki analityki danych, łącząc wiedzę z zakresu materiałoznawstwa, produkcji, analityki danych, wykrywania, modelowania, obliczeń o wysokiej wydajności i nauki o neutronach, aby połączyć zjawiska fizyczne i wyniki procesów.

"Cel to zbadanie zebranych danych i znalezienie zestawu zdarzeń, które wywołają pewien rodzaj defektu, mikrostruktury lub własności ", powiedział Paquit. "Na koniec tego, co chcemy zrobić, to szkolić technikę uczenia maszynowego, która automatycznie przechwyci te informacje i przedstawi je jako metrykę jakości."

Proces może pozwolić na 3D drukowane części do zastosowania w krytycznych aplikacjach, prowadzące do dogłębnej analizy każdej drukowanej części 3D, która może być oddana do użytku - części, które są "dobrze wykwalifikowane".

"Potrafię wyraźnie wyobrazić części krytyczne lądując w samolocie, a rząd żąda od ciebie, aby za każdym razem rejestrował wszystko, co działo się w komorze drukującej. Przemysł lotniczy zatwierdzi każdy pojedynczy obiekt, który wychodzi z drukarki 3D ", powiedział Paquit. "Nie polecą niczego, co nie jest w 100% zatwierdzone do ostatecznego wykorzystania. Kontrola jakości na pewno nie zniknie. "