新しい研究は金属3Dプリントにおける品質欠陥の音響モニタリングを実証

新しい研究は金属3Dプリントにおける品質欠陥の音響モニタリングを実証
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-1-17 16:53 に最後に編集されました

Antarctic Bear の紹介:高品質の 3D プリント部品を得るためには、プロセスの監視が重要です。熱画像はレーザー粉末床溶融結合法 (LPBF) などの特定の種類の 3D 印刷を監視するための最も明白な方法ですが、音響監視も有望性を示し始めています。


2024年1月17日、アンタークティックベアは、スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究者らが、音響モニタリングは実現可能であるだけでなく、熱画像技術よりも優れている可能性があると主張していることを知りました。

3Dプリントプロセス監視技術

周知のとおり、3D プリント エラーの検出は目新しいものではなく、近年、検出結果の信頼性と再現性を確保するために多くの検出スキームが開発されてきました。このプロセスは、既知の状況から結論を導き出すことができるアルゴリズムに依存することがよくあります。現時点では、これらのアルゴリズムは不完全であることが多く、広範囲にわたるテストが必要です。そのため、EPFL の科学者たちは、信頼できる技術でこの制限を克服したいと考えました。

アカデミーの科学者グループは、特にレーザープロセスを使用する場合の金属3Dプリントの欠陥の問題を研究してきました。彼らの目標は、3D プリンターのサウンド分析に基づいて印刷エラーを予測し、より良い結果を達成する方法を開発することでした。そこで研究者たちは、完璧な部品を印刷しているときに機械が出す音と、印刷プロセス中に何か問題が起こったときに 3D プリンターが出す音を研究しました。

△ 3Dプリントの欠陥を監視するための実験効果の模式図。スイス連邦工科大学ローザンヌ校は、ポール・シェラー研究所(PSI)およびスイス連邦材料科学技術研究所(Empa)と共同で、3Dプリント室にマイクを設置し、金属粉末の状態が変化したときの音響信号の変化を検出しました。

△ ランダム状態の不安定性と、それに続く伝導から安定および不安定なキーホール状態への遷移 レーザー粉末ベッド溶融結合では、金属粉末の薄い層を加熱して、層ごとに目的の物体を形成します。材料は固体、液体、気体というさまざまな段階を経て溶融プールを形成します。 「レーザーの角度や粉末または部品の特定の幾何学的特性などの変数により、プロセスが問題になる場合があります」と EPFL は説明しています。「領域間不安定性」と呼ばれるこれらの状態は、「伝導」領域と「キーホール」領域と呼ばれる 2 つの溶融方法間の遷移を促す場合があります。

△この研究は「音と光の協調:X線画像によりレーザー溶融時のランダムな領域間不安定性の音響特性が明らかに」と題してネイチャーコミュニケーションズに掲載されました(ポータル)
研究チームは、X線画像を使用して溶融池(幅と深さ)を測定し、金属が液体の間にどのように変化するかを確認できる方法を開発した。研究者たちは、プリントチャンバー内に設置されたマイクロフォンを利用して音響信号とX線画像を相関させることで、100マイクロ秒の時間分解能で融解状態を予測できるフィルタリングアルゴリズムを設計することができました。

主任研究員のミラド・ハミディ・ナサブ氏は次のように付け加えた。「シンクロトロンX線画像と音響記録の相乗効果により、LPBFプロセスに関するリアルタイムの洞察が得られ、製品の完全性を損なう可能性のある欠陥の検出に役立ちます。」

このアプローチで特に注目すべき点は、機械学習やその他の計算コストの高い人工知能 (AI) が不要になることです。必要なのは単純なフィルタリング アルゴリズムだけです。

「この研究は、製造工程をより良く理解し、改良するための道を開き、最終的には製品の長期的な信頼性を高めることになるだろう」と、EPFLの熱機械冶金研究所所長、ローランド・ロジェ氏は語る。




金属、監視、検出、音響

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