良いニュースです！米国の機関は金属3Dプリントの品質を監視するための新しい方法を研究している

アンタークティックベア、2017 年 7 月 10 日/米国国立標準技術研究所 (NIST) が実施している研究により、金属 3D プリントの品質監視がさらに改善されると期待されています。この研究では、NIST の 2 つの研究所、エンジニアリング研究所 (EL) と物理測定研究所 (PML) が協力して、カスタム金属 3D プリンターである Additive Manufacturing Metrology Testbed (AMMT) を開発しました。その最大の利点は、研究者が印刷プロセス全体を完全に制御できるため、より詳細な研究をリアルタイムで行うことができることです。これにより、金属 3D プリントにおける最も重要な品質管理の問題を解決するために使用できる新しい監視および計測ツールが生まれることが期待されます。

この問題を解決するために、NIST の研究者は、溶融金属の温度や残留応力の軽減方法など、金属 3D 印刷プロセスに関する多くの基本情報を収集する必要がありました。そうすることで、どのようなセンサーが、印刷物の内部で何が起こっているかをユーザーが詳細に理解するのに役立つかを把握できます。「3Dプリンティングコミュニティは、プリンターにセンサーや監視システムを統合し始めているので、私たちもこの機能を手に入れたいと考えており、さまざまな新しいアイデアをテストするためのプラットフォームが必要です」と研究者らは語った。

Antarctic Bearによると、AMMTの動作原理は一般的なレーザー粉末床金属3Dプリンターと同じで、レーザーを使用して金属粉末（印刷可能な最も一般的な3つはチタン、コバルトクロム合金、ニッケル合金）を溶かし、層ごとに積み重ねて3Dエンティティを構築します。違いは、特別なソフトウェアをインストールしない点です。つまり、印刷プロセスは完全にオープンで、リアルタイムで変更できます。たとえば、レーザーの速度と出力は 10kHz (つまり、10 マイクロ秒ごとに 1 回) に設定できます。これにより、研究者は印刷プロセスに関するより正確なフィードバックループを取得できるようになり、印刷中に何が起こっているかをより明確に把握し、何か問題が発生した場合にどのように改善すればよいかを把握できるようになります。

金属 3D プリントにおけるほとんどの問題は粉末が溶けるときに発生するため、NIST チームは溶融金属の温度を正確に測定することにしました。これを行う最良の方法は、「溶融金属プール」から放出される光の色を測定することです。これらの色は金属の温度によって決まるためです。したがって、この光の波長に関する情報を得ることで、印刷時に金属の温度がどのように変化するかを判断するのに役立ちます。

幸いなことに、この温度変化を監視できるセンサーがあれば、ほとんどのユーザーに印刷プロセスを最適化するのに十分な情報を提供できます。しかし、NIST は、最終的な目標は温度の絶対測定を実現すること、つまり印刷された表面の完全な温度変化マップを取得することだと述べています。これを実現するために、彼らは特殊な色消しレンズを備えたカメラを使用して、より長い波長の光のいくつかの明るさを測定しています。

しかし、波長が短い光（スペクトル上で紫色が多く、温度が高い）の場合は、他の方法を使用する必要があります。この目的のために、彼らはTEMPS（溶融物、粉末、固体の温度と放射強度）と呼ばれる新しいセンサーシステムの開発を開始しました。複数の分光計と半球形反射計を組み込むことで、3倍の倍率と拡張された波長範囲を実現できます。

この新しい計測技術の誕生により、他の種類の金属粉末に対しても同様の測定を実行できるセンサーも開発されることは注目に値します。さらに良いことに、これらの測定は、超音速航空機の翼端など、極端な熱変化を経験するあらゆる固体材料を監視できるため、3D プリント以外の用途にも応用できる可能性があります。

さらに読む:
シグマラボの新しいセンサー技術が3Dプリントの品質管理を向上
金属印刷における品質管理の包括的な考察

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