ブリストル大学、3Dプリント部品の品質を監視するレーザーセンサー技術を開発

ブリストル大学、3Dプリント部品の品質を監視するレーザーセンサー技術を開発
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-4-26 11:34 に最後に編集されました

2024年4月26日、アンタークティックベアは、英国ブリストル大学が、研究者らがレーザーセンサーを通じて部品の形状や材料の微細構造に関する詳細な情報を取得し、設計と製造プロセスの最適化に役立つ公式を導き出したと発表したことを知りました。現時点では、このようなコンポーネントの品質を評価するための商業的に実現可能なセンシング技術や関連するイメージングアルゴリズムは存在しません。金属 3D プリント部品が産業安全基準と品質基準を満たすことができれば、製造業界に大きな商業的利点をもたらすでしょう。

△この研究は、「局所的に異方性の不均質な媒体における超音波せん断波の伝播をモデル化する確率的アプローチ」というタイトルで、Waves in Random and Complex Media 誌に掲載されました(ポータル)
同大学の工学数学・技術学部の学部長アンソニー・マルホランド教授は、この技術の重要な進歩は超音波アレイセンサーの使用であると述べた。このセンサーは本質的には、例えば子宮内の赤ちゃんの画像を作成するために医療用画像診断で使用されているセンサーと同じものである。しかし、新しいレーザーベースのセンサーは材料との接触を必要としません。

△ 特定の平面における弾性せん断波の運動とそれに伴う変位ベクトルおよび減速面方向の模式図
マルホランド教授は次のように語った。「レーザーベースの超音波アレイの使用は、感知への潜在的なアプローチの1つであり、私たちは数学的モデリングを使用して、現場での配備に向けたそのような装置の設計に役立てています。」

研究チームは、層状の(3Dプリントされた)金属材料を通る超音波伝播の物理学を組み込み、製造された各部品間のばらつきを考慮した数学モデルを作成しました。

△溶接部で金属が冷却されると、結晶構造が伸び、温度勾配の方向に沿って整列します。電子後方散乱回折 (EBSD) を使用した破壊測定のための材料特性評価の概略図。数式は、超音波レーザーに関連する設計パラメータと特定の材料の特性から構成されています。出力は、コンポーネントの機械的完全性を評価するためにセンサーが生成する情報の量を測定するものです。入力パラメータを変更することで、情報コンテンツを最大化できます。

マルホランド教授は次のように説明しました。「その後、私たちは業界のパートナーと協力して、製造段階でこれらの安全上重要な部品の機械的完全性を評価する方法を開発することができます。これにより、まったく新しい設計(3D プリントを最大限に活用)、より高速でコスト効率の高い製造プロセス、そして英国の製造業にとっての大きな商業的および経済的利点が実現する可能性があります。」


チームは現在、これらの発見を活用して、実験協力者がレーザーベースの超音波アレイを設計および構築するのを支援することを計画しています。センサーはロボットアームに取り付けられ、制御された付加製造環境の現場で展開および適用されます。彼らは、センサーによって生成されたデータの情報コンテンツを最大限に活用し、カスタマイズされた画像化アルゴリズムを作成して、業界パートナーが提供するコンポーネントの内部の断層画像を生成します。次に、生成された断層画像の品質を評価するために破壊的な手段が使用されます。

マルホランド教授は次のように述べた。「航空宇宙産業で見られるような安全上重要な部品の製造に3Dプリント技術を導入すれば、英国の産業に大きな商業的利点がもたらされるでしょう。これらの部品の機械的完全性を評価する方法がないことが、安全上重要な部品を製造するための3Dプリント技術の開発における大きな障害となっています。」全体として、この研究では、新しいレーザーベースのセンサーの使用をシミュレートする数学モデルを確立しました。このモデルは、この問題の解決策を提供し、センサーの設計と展開を加速するのに役立ちます。



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