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(dǎo)讀：位于新加坡南洋理工大學(xué)(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(jìn)展，在這些行業(yè)中，對航空發(fā)動機(jī)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(hù)、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(xué)(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。”因為 “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(xì)的評估材料的微觀結(jié)果，否則也是無法區(qū)分其質(zhì)量?！?br />
“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)?！?br />

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(rèn)證和質(zhì)量評估鋪平道路。圖片來自新加坡南洋理工大學(xué)

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。科學(xué)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(qiáng)度和韌性。研究人員將此與觀察木紋進(jìn)行比較，當(dāng)木紋在同一方向上連續(xù)時，強(qiáng)度和韌性最強(qiáng)。

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(jìn)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(xué)相機(jī)和機(jī)器學(xué)習(xí)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(xué)

15分鐘，成本僅為18,400 美元
Seita 和他的團(tuán)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(xué)相機(jī)、手電筒和筆記本電腦組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行該團(tuán)隊開發(fā)的專有機(jī)器學(xué)習(xí)軟件，總成本約為 18,400 美元。

該方法包括用化學(xué)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(jī)拍攝多個光學(xué)圖像，手電筒可以從不同方向照亮金屬。然后，科學(xué)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(jìn) 3D 打印零件質(zhì)量評估方法
NTU 研究人員認(rèn)為，他們的成像方法可以簡化 3D 打印金屬合金部件的認(rèn)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(tuán)隊的軟件使用一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(yù)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(qiáng)度和硬度。圖片來自新加坡南洋理工大學(xué)

未來3D金屬零件質(zhì)量認(rèn)證的發(fā)展
南極熊獲悉據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇稱，簡化3D打印的認(rèn)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(rèn)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(jìn)展，賓夕法尼亞州立大學(xué)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)，