ORNL は高度な 3D 印刷品質研究のプロセスを管理します

3D プリントを使用する場合、コンピューターの画面に表示される画像が 3D プリンターで完璧に再現されることを期待します。しかし、特により複雑な工業用金属印刷の場合、必ずしもそうとは限りません。 3D プリントされたオブジェクトの材料特性を完全に制御することは困難です。

印刷されたものは設計されたものと同じであると誤解している人がいますが、印刷された物体は、原材料の複数回の加熱、溶解、冷却による非常に複雑な材料変化を伴い、これらはすべて相互に関連しており、本質的に相互依存しています。

複雑な 3D 印刷プロセスは、多孔性、欠陥構造、不均一な微細構造などの要素に影響を及ぼし、これらは部品の最終的な性能に影響を与える重要な要素です。少しでもずれていると、最終的にコンピューターに表示されるものとは違ったものになります。航空宇宙用途で使用される重要なコンポーネントに関しては、性能、材料、サイズが重要となるため、すべての部品を徹底的にテストおよび検査する必要があります。これにより生産コストが増加し、原材料製造の実際の価値が制限されます。

部品を 3D プリントするには、プロセスが長くてコストもかかります。また、部品の形状が変わった場合は、新しい形状を取得するためにプロセス全体を最初からやり直す必要があります。工業用途で幅広く使用できる原材料を製造する技術を開発するために、ORNL の製造実証施設が先導役を務めます。 ORNL は、個々の部品ではなく、プロセスの能力を実証する必要がありました。原材料製造におけるもう一つの大きな課題は、残留応力と変形です。加工中に、これらの複雑な熱サイクルによって大量の内部残留応力が発生し、それがある程度大きく変化して、最終的に歪みとして現れることがあります。

残留応力や欠陥を検出する効果的な方法の 1 つは、ORNL の高中性子束同位体原子炉および核破砕中性子源での中性子分析です。このプロセスにより、大きなコンポーネントを分解することなく、そのコンポーネントの歪みや多孔性を明らかにすることができます。中性子は金属を容易に通過できるため、製造されたサンプルの内部構造や特徴を観察することができます。

有益な中性子分析によって得られる利点を最大限に活用するには、研究者は部品が製造される条件を徹底的に監視する必要があります。赤外線カメラは、ビームが金属粉末に当たったときの正確な温度を記録し、他の機器は、印刷室内の圧力、印刷された表面の粗さ、電源の変化などの情報を監視します。 ORNL は、ユーザーが付加製造プロセスのニュアンスをよりよく理解できるように、オープンソースソフトウェアツールのポートフォリオを作成しました。これらのツールを使用すると、機械が期待どおりに動作し、高品質の部品を生産していることを証明できます。学際的なチームは、材料科学、製造、データ分析、センシング、モデリング、高性能コンピューティング、中性子科学の専門知識を組み合わせて、物理現象とプロセスの結果を関連付けることで、データ分析結果を文脈化しました。

ORNL の目標は、結果として得られたデータを調べ、その種類、微細構造、または特性の欠陥につながる一連のイベントを見つけ、その情報を自動的に取得して品質メトリックとして出力することです。このプロセスにより、3D プリントされた部品を重要な用途に使用できるようになり、すぐに使用できる状態にある「生まれながらに適格」な各 3D プリントされた部品の詳細な分析が可能になります。

出典：中関村オンライン

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