Акустика лазерной печати

И. Иванов

При трехмерной печати спеканием луч лазера плавит металлический порошок с частичками в десятые и сотые доли миллиметра. Такая послойная печать последовательно и без отходов создает детали сложнейшей геометрической формы. Она, однако, обладает и недостатками. Когда лазер создает движущуюся лужицу металла, существует тонкий энергетический баланс между ее испарением, плавлением и затвердеванием.

Если изменяется форма поверхности детали, то меняется угол наклона луча. Режим плавления из непрерывного превращается в игольчатый, при котором расплав проникает глубже необходимого.

В результате возникают поры и структурные неоднородности детали. Хотя эти дефекты обычно отслеживают по термическим изображениям детали с помощью алгоритмов машинного обучения, они сдерживают применение технологии.

Чтобы преодолеть этот недостаток, лаборатория термомеханической металлургии Федеральной политехнической школы Лозанны во главе с профессором Роландом Логе (Roland Logé) предложила на первый взгляд странное решение — использовать звуковые датчики. Идея состоит в том, чтобы отличить звук регулярной печати без сбоев от печати с дефектами.

Внутри принтера инженеры помести высокочувствительный микрофон, который по изменению звука отмечал моменты изменения режимов, а значит, появления дефектов изготовления. Оказалось, что при переходе к игольчатому режиму плавления звуковой сигнал растет вместе с увеличением поглощаемого лазерного излучения. Однозначная связь акустических и рентгеновских измерений геометрии расплава позволила создать алгоритм для машинного обучения. После введения в него фильтрации акустического сигнала он дал превосходное временное и пространственное разрешение. Стабильные и нестабильные режимы алгоритм идентифицировал с разрешением в 100 мкс. Это позволило быстро выявлять нежелательные процессы.

Исследование, появившееся в журнале Nature Communications, впервые подтвердило эффективность акустического мониторинга лазерной аддитивной печати и доказало его превосходство над традиционными методами. Исследователи надеются, что новый метод даст возможность применять лазерную печать в самолетостроении, производстве автомобилей и точной инженерной технике. Если научиться выявлять и исправлять дефекты в реальном времени, то повысится качество, а точность и отсутствие отходов дадут экономию ресурсов.

Разные разности
Камни боли
Недавно в МГУ разработали оптическую методику, позволяющую определить состав камней в живой почке пациента. Это важно для литотрипсии — процедуры, при которой камни дробятся с помощью лазерного инфракрасного излучения непосредственно в почках.
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...