一種新型評估 3D 打印金屬零部件的質(zhì)量的方法，為MRO在航空快速發(fā)展提供支持

南極熊導讀：位于新加坡南洋理工大學(NTU Singapore) 的研究人員開發(fā)了一種新穎的快速、低成本成像方法來評估 3D 打印金屬部件的質(zhì)量。該成像方法能夠分析零件的微觀結(jié)構(gòu)和材料質(zhì)量，或許可以加速MRO在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的進展，在這些行業(yè)中，對航空發(fā)動機和渦輪葉片等關(guān)鍵打印零件的低成本、快速評估可能對維護、維修和大修具有重要意義（維修保養(yǎng)）。

位于新加坡南洋理工大學(NTU Singapore) 的研究人員開發(fā)了一種新穎的快速低成本成像方法來評估 3D 打印金屬部件的質(zhì)量。NTU 助理教授 Matteo Seita 說：“使用我們低成本且快速的成像分析方法，可以輕松區(qū)分好的 3D 打印金屬部件和有缺陷的金屬部件�！币驗� “目前兩個相同的3D打印金屬部件，即使他們使用相同的技術(shù)生產(chǎn)并且具有相同的幾何形狀，除非我們非常詳細的評估材料的微觀結(jié)果，否則也是無法區(qū)分其質(zhì)量。”

“從理論上講，這類似于兩個原本相同的木制物件可能各自擁有不同的紋理結(jié)構(gòu)�！�

分析 3D 打印金屬表面上的獨特晶體圖案可能為通過增材制造制造的零件認證和質(zhì)量評估鋪平道路。圖片來自新加坡南洋理工大學

基于紋理的顯微晶體成像
大多數(shù) 3D 打印金屬合金由許多形狀、大小和原子晶格取向不同的微觀晶體組成�？茖W家們可以通過繪制這些微觀晶體來計算合金的特性，例如強度和韌性。研究人員將此與觀察木紋進行比較，當木紋在同一方向上連續(xù)時，強度和韌性最強。

然而，到目前為止，分析 3D 打印金屬合金中的這種微觀結(jié)構(gòu)一直是一個費力且耗時的過程，通常涉及使用電子顯微鏡進行掃描，成本可能在 73,000 到 150 萬美元之間。

NTU 助理教授 Matteo Seita 拿著一塊 3D 打印的金屬合金，使用光學相機和機器學習的新型低成本成像系統(tǒng)可以在 15 分鐘內(nèi)輕松分析其特性。圖片來自新加坡南洋理工大學

15分鐘，成本僅為18,400 美元
Seita 和他的團隊開發(fā)了新的合金成像方法，只需幾分鐘即可提供質(zhì)量分析，他們使用了一個由光學相機、手電筒和筆記本電腦組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行該團隊開發(fā)的專有機器學習軟件，總成本約為 18,400 美元。

該方法包括用化學物質(zhì)處理 3D 打印部件的表面以揭示其微觀結(jié)構(gòu)，然后使用相機拍攝多個光學圖像，手電筒可以從不同方向照亮金屬。然后，科學家們的專有軟件分析了由零件表面反射的光產(chǎn)生的圖案，并在 15 分鐘內(nèi)推斷出它們的方向。

改進 3D 打印零件質(zhì)量評估方法
NTU 研究人員認為，他們的成像方法可以簡化 3D 打印金屬合金部件的認證和質(zhì)量評估，特別是那些通過激光技術(shù)生產(chǎn)的部件。

NTU 團隊的軟件使用一個神經(jīng)網(wǎng)絡來模擬大腦如何形成關(guān)聯(lián)和處理思維，并結(jié)合AI智能來預測金屬部件中晶體的方向，通過算法分析光從表面散射的差異。 該軟件成功創(chuàng)建了一個完整的“晶體取向圖”，并且能夠提供有關(guān) 3D 打印部件中晶體形狀、尺寸和原子晶格取向的多種信息。

NTU 助理教授 Matteo Seita 使用原型成像系統(tǒng)分析一塊 3D 打印合金的強度和硬度。圖片來自新加坡南洋理工大學

未來3D金屬零件質(zhì)量認證的發(fā)展
南極熊獲悉據(jù)世界經(jīng)濟論壇稱，簡化3D打印的認證流程將是3D打印發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。TüV SüD的 Gregor Reischle 和 Christophe Blanc 最近也贊同這一點，稱3D金屬零件質(zhì)量認證可以為連續(xù)增材制造提供更快的途徑。該領(lǐng)域最近也取得了一些進展，賓夕法尼亞州立大學從3M獲得了價值 180,000 美元的贈款，用于繼續(xù)研發(fā)金屬 3D 打印質(zhì)量控制技術(shù)，