Cambridge-ingenjörer har påbörjat ett treårigt forskningsprogram för att påskynda tillverkningen av metalliska 3D-tryckta delar och produkter, genom att använda datorgenererad holografi.

På senare år har tillverkningsindustrin har sett en ökad användning av 3D-utskrift för hållbara lösningar och anpassade produkter, producerar högkvalitativa artiklar till låg kostnad. Detta har lett till att mycket äventyrliga tillverkningstekniker har utvecklats, såsom tillsatstillverkning (AM), som har utökat utbudet av material som kan bearbetas, från plast till metaller och andra mer exotiska material.

Nu, tack vare finansiering från Ingenjörs- och fysikaliska forskningsrådet, Professor Tim Wilkinson och hans team strävar efter att stärka metalliskt 3D-tryck genom att använda datorgenererad holografi för att inte bara förbättra kvaliteten på färdiga delar och produkter, men också för att tillåta större kontroll över metallpulvret under AM-processen.

Toppmoderna maskiner använder en liten laserpunkt för att smälta pulvret, avger intensiv värme, innan du gradvis lägger till ett tunt lager på lager av materialet för att bilda en slutlig tillverkad del eller produkt. Men att kontrollera denna termiska energi är svårt på grund av laserpunktens lokaliserade natur, leder till oförutsägbara spänningar och förvrängningar i den del som görs. Dock, datorgenererade hologram kan hjälpa till att få fördelningen av denna energi under kontroll i tre dimensioner snarare än två, som ett resultat av optisk diffraktion (böjning av ljusvågor runt ett hinder). Smältprocessen kan sedan övervakas i realtid och hologrammet kan räknas om för att styra formen, AM-processens kvalitet och material.

Forskargruppen har börjat arbeta med plast och harts AM för att utveckla de algoritmer som behövs för att styra hologrammet. De kommer att gå vidare till att använda metallpulver härnäst.

Peter Christoper, Ph.D. student i Ultra Precision Engineering, sa att målet är att smälta ett helt lager metallpulver samtidigt, vilket förbättrar tillverkningshastigheten, samt att ta bort många av de termorelaterade problemen som upplevs i nuvarande tillvägagångssätt.

"3D-utskrift blir allt mer populärt idag, både för hobbyister och för kommersiella projekt, ", sa han. "Under covid-19-pandemin till exempel, vi har sett tusentals forskare, ingenjörer, forskare och medicinsk personal, 3D-utskriftsdelar för fläktar på bara timmar, Traditionella metoder skulle ha tagit månader eller år att införa. Metallisk 3D-utskrift eller additiv tillverkning (AM) har varit långsammare att fånga upp, delvis på grund av höga kostnader, svårigheter att använda och tekniska utmaningar. Numera dock det börjar komma till användning i små omgångar av komplexa delar. Det används flitigt inom den medicinska industrin till exempel, som ett resultat av vår holografiska teknik, vi kan använda flera ljusstrålar samtidigt för att bygga upp en struktur på ett mer tredimensionellt sätt, och vi kan styra i vilken riktning ljuset rör sig. Detta ger oss större kontroll över eventuella brister. Vi hoppas också att en ny generation flytande kristallskärmar kommer att produceras som ett resultat av denna forskning, designad speciellt för högeffektlaserbelysning i AM-processer."