3D-utskrift revolutionerar tillverkningen genom att slösa mycket mindre material och energi än med konventionell bearbetning och montering av produktionslinje. Nu, forskare från Japan har gjort en upptäckt som kommer att hjälpa företag att på ett tillförlitligt sätt göra även mycket komplexa 3D-utskrivna produkter.

I en studie som nyligen publicerades i Ultraljud , forskare från Osaka University använde laser-ultraljud för att upptäcka defekter i finskaliga skalor under ytan av 3D-tryckta metallenheter, och har på så sätt introducerat en unik kvalitetskontrollteknik för 3D-utskrift.

Maskinbearbetning har länge varit den primära metoden för att tillverka produkter. Grundtanken är att du börjar med en större bit material, skär den i en specifik form, och sedan montera separat förberedda delar till en större produkt. Med bearbetning, kvalitetskontroller kan utföras vid varje steg i tillverkningsprocessen, men det är svårt att snabbt bygga en prototyp eller en mycket komplex produkt. I dessa fall, ett mer användbart tillvägagångssätt är 3D-utskrift:lager-för-lager-montering utgående från (till exempel) en datoriserad ritning. Att övervinna utmaningarna med 3D-utskrift – som svårigheten att upptäcka interna defekter utan att skada produkten – är något som forskarna vid Osaka University hade som mål att ta itu med.

"Det är ofta utmanande att använda lasergenererade ultraljudsekon för att identifiera underjordiska defekter i 3D-utskrivna enheter, " förklarar huvudförfattaren till studien Takahiro Hayashi. "Vi genererade ultraljudsvågor i megahertzområdet för att avslöja små defekter som ofta är svåra att avbilda."

För att skapa en artificiell defekt i en 3D-utskriven del, forskarna tillverkade först en aluminiumplatta med ett hål i millimeterskalan borrat i den, och fäst ovanpå det en tunn, felfri aluminiumplåt. De skannade sedan en laser över ytan och upptäckte de resulterande ultraljudsvibrationerna från aluminiumet. Matematisk bearbetning av dessa vibrationer möjliggjorde en grafisk avläsning som framhävde placeringen och storleken av de interna defekterna.

"Vi varierade systematiskt laserpulsens varaktighet, frekvensomfång, och upprepningsfrekvens för att optimera avbildning av defekter, och utvecklade en teoretisk analys av våra resultat, ", säger Takahiro Hayashi. "Avancerade tester på en 3D-printad legering som vanligtvis används som riktmärke i forskning visade att vi till och med kan upptäcka defekter som bara är 500 mikrometer stora."

Dessa resultat har olika tillämpningar. Genom att ytterligare optimera defektdetekteringssystemet, man kan upptäcka skador på en 3D-utskriven del när tillverkningen fortskrider, och därmed reparera den i realtid med samma lätthet som görs vid bearbetning. Därvid, forskarna vid Osaka University förbättrar det praktiska med 3D-utskrift för att bygga intrikata enheter i kommersiell skala.