6 ژانویه 2023 – توسط دانشگاه ویرجینیا
نمونه ای از ساخت فلز افزودنی تولید شده با استفاده از رویکرد یادگیری ماشینی در ترکیب با تصویربرداری اشعه ایکس operando synchrotron. اعتبار: عکس توسط تام کوگیل برای مهندسی UVA
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی تائو سان، دانشیار علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ویرجینیا، اکتشافات جدیدی انجام داده است که می تواند تولید مواد افزودنی را در هوافضا و سایر صنایع متکی بر قطعات فلزی قوی گسترش دهد.
مقاله بررسی شده آنها در 6 ژانویه 2023 در Science منتشر شد. این تحقیق به موضوع تشخیص تشکیل منافذ سوراخ کلید می پردازد، یکی از عیوب عمده در تکنیک تولید افزودنی رایج به نام همجوشی بستر پودر لیزری یا LPBF.
LPBF که در دهه 1990 معرفی شد، از پودر فلز و لیزر برای چاپ سه بعدی قطعات فلزی استفاده می کند. اما نقص تخلخل همچنان یک چالش برای کاربردهای حساس به خستگی مانند بال هواپیما است. برخی از تخلخل ها با فرورفتگی های بخار بصورت عمیق و باریک که همانند سوراخ کلید هستند، همراه است.
شکل گیری و اندازه سوراخ کلید تابعی از قدرت لیزر و سرعت اسکن و همچنین ظرفیت مواد برای جذب انرژی لیزر است. اگر دیواره‌های سوراخ کلید پایدار باشند، جذب لیزر مواد اطراف را افزایش می‌دهد و راندمان تولید لیزر را بهبود می‌بخشد. با این حال، اگر دیوارها لرزان یا فروریخته باشند، مواد در اطراف سوراخ کلید جامد می شوند و حفره هوا را در داخل لایه تازه تشکیل شده از مواد به دام می اندازند. این باعث می شود که مواد شکننده تر و احتمال ترک خوردن آن تحت تنش های محیطی بیشتر شود.
سان و تیمش، از جمله استاد علم و مهندسی مواد، آنتونی رولت از دانشگاه کارنگی ملون و پروفسور مهندسی مکانیک لیانی چن از دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، رویکردی را برای تشخیص لحظه دقیق تشکیل منافذ سوراخ کلید در طول فرآیند چاپ ایجاد کردند.
سان گفت: «با ادغام تصویربرداری پرتو ایکس operando synchrotron، تصویربرداری نزدیک به فروسرخ و یادگیری ماشینی، رویکرد ما می‌تواند امضای حرارتی منحصربه‌فرد مرتبط با تولید منافذ سوراخ کلید را با وضوح زمانی زیر میلی‌ثانیه و نرخ پیش‌بینی 100 درصد ثبت کند.
در توسعه روش تشخیص سوراخ کلید در زمان واقعی خود، محققان همچنین روشی را که می‌توان از یک ابزار پیشرفته – تصویربرداری اشعه ایکس operando synchrotron – استفاده کرد، توسعه دادند. آنها با استفاده از یادگیری ماشینی، دو حالت نوسان سوراخ کلید را نیز کشف کردند.
رولت گفت: «یافته‌های ما نه تنها تحقیقات تولید مواد افزودنی را پیش می‌برد، بلکه عملاً می‌تواند به گسترش استفاده تجاری از LPBF برای تولید قطعات فلزی نیز کمک کند. رولت همچنین مدیر مرکز NextManufacturing در CMU است.
Sun “تخلخل در قطعات فلزی یک مانع بزرگ برای پذیرش گسترده‌تر تکنیک LPBF در برخی صنایع باقی می‌ماند. تخلخل سوراخ کلید چالش‌برانگیزترین نوع نقص در تشخیص بی‌درنگ با استفاده از حسگرهای مقیاس آزمایشگاهی است، زیرا به طور تصادفی در زیر سطح رخ می‌دهد. “رویکرد ما راه حلی مناسب برای تشخیص با وضوح بالا و با وضوح بالا تولید منافذ سوراخ کلید ارائه می دهد که می تواند به راحتی در بسیاری از سناریوهای تولید افزودنی اعمال شود.”
