Ученые Аргоннской национальной лаборатории разработали новый метод для обнаружения дефектов в 3D-печатных металлических деталях

Работа ученых была посвящена обнаружению и прогнозированию образования пор в ходе металлической 3D-печати. Образцы, использованные в исследовании, были созданы с помощью процесса синтеза на подложке, в котором металлический порошок расплавляется с помощью лазера (L-PBF). Однако такой подход часто приводит к образованию пор, которые могут ухудшить эксплуатационные характеристики детали.

Как отмечается в пресс-релизе, многие 3D-принтеры оснащены тепловизионными датчиками, которые контролируют процесс создания отпечатков, но они получают изображение только поверхности создаваемых деталей, поэтому единственным способом прямого обнаружения пор внутри металлических деталей является использование интенсивных рентгеновских лучей, таких как те, которые генерируются в Advanced Photon Source (APS) - источнике синхротронного излучения третьего поколения в Аргоннской национальной лаборатории.

По словам Самуэля Кларка, лаборанта в Аргонне, "наши рентгеновские лучи настолько интенсивны, что мы можем делать более миллиона кадров в секунду". Эти изображения позволили исследователям увидеть образование пор в режиме реального времени. Сопоставляя рентгеновские и тепловые изображения, ученые обнаружили, что поры, образовавшиеся в образце, вызывают на поверхности отчетливые тепловые сигнатуры, которые могут обнаружить тепловизоры.

Затем исследователи обучили модель машинного обучения предсказывать образование пор в ходе 3D-печати, используя только тепловые изображения. Они проверили модель, используя данные рентгеновских снимков, которые, как они знали, точно отражают образование пор. Затем они проверили способность модели обнаруживать тепловые сигналы и предсказывать образование пор в немаркированных образцах.

"APS обеспечил 100% точную истину, что позволило нам добиться идеального предсказания образования пор с помощью нашей модели", - сказал Тао Сун, доцент университета Вирджинии, один из авторов исследования.

Информация о новом методе была опубликована в журнале Science.

Конечной целью является создание системы, которая не только обнаруживает дефекты, но и устраняет их в процессе производства. В дальнейшем исследователи будут изучать датчики, которые смогут обнаруживать другие типы дефектов, возникающих в процессе аддитивного производства. "В конечном итоге мы хотим разработать комплексную систему, которая сможет не только определить, где у вас, возможно, есть дефекты, но и что именно это за дефект и как его можно устранить", - сказал Сун.