L’acustica per controllare la qualità delle stampa 3d: segnali acustici durante un processo di sinterizzazione laser diretto 

L’acustica gioca un ruolo nel determinare la qualità di stampa 3D

La stampa 3D in metallo è costantemente studiata per migliorare la sua qualità e ripetibilità. Un nuovo documento di ricerca si concentra sulla sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), nota anche come fusione laser selettiva (SLM) e Powder Bed Fusion for Metal. DMLS ha ancora i suoi difetti, che includono delaminazione tra piastre di base e imprecisione tra i vari orientamenti. Il documento, dal titolo ” Caratterizzazione dei segnali acustici durante un processo di sinterizzazione laser diretto ,” sottolinea che le parti sinterizzate tendono ad essere relativamente grandi, morbide e porose, ostacolando il loro uso diffuso, quindi migliorare la qualità e la ripetibilità è cruciale, specialmente per industrie come l’aerospaziale e la medicina.

I ricercatori considerano l’elaborazione del segnale acustico come un modo per monitorare la qualità di costruzione di una parte stampata in 3D mentre è in corso.

“Questo documento riporta la relazione tra i segnali acustici, la potenza del laser e la sua velocità di scansione laser”, affermano i ricercatori. “Viene presentata la varietà di densità dello spettro di potenza del segnale acustico (PSD) e quindi viene elaborato il meccanismo di formazione del segnale acustico. Una buona mappatura tra segnali acustici e parametri laser è stata trovata durante il processo DMLS. Ciò costituisce una buona base per il monitoraggio del processo e della qualità mediante segnale acustico e migliorerà la qualità della parte durante i processi di sinterizzazione e fusione del laser a polvere in futuro. ”
Esistono diversi metodi di monitoraggio in-process, come segnali ottici, termici, ultrasonici e acustici. Ognuno ha i suoi svantaggi, ma i segnali acustici si sono dimostrati un metodo efficace purché non siano disturbati dal rumore ambientale. In questo studio, i segnali acustici generati durante il processo DMLS sono stati campionati e utilizzati per il monitoraggio online.

I segnali acustici in un processo DMLS sono generati da diversi fattori, principalmente dalla vibrazione dovuta all’attrito del fluido di flusso con materia liquida o solida, oltre al movimento del flusso. I segnali in questo studio sono stati campionati da un microfono a condensatore electret ed elaborati con MATLAB 2015b.

I risultati dell’esperimento hanno dimostrato che esisteva una buona correlazione tra la frequenza laser e la potenza del laser, nonché la velocità di scansione laser e i segnali acustici.

“Attraverso l’analisi del segnale acustico, è possibile estrarre informazioni sulle caratteristiche della scansione laser”, spiegano i ricercatori. “Il picco di seconda frequenza è più promettente per il rilevamento degli attributi di scansione laser.”
Lo studio ha mostrato che c’era una buona mappatura tra i segnali acustici e lo stato della scansione laser, nonché la risultante qualità di sinterizzazione laser. Questi risultati, secondo i ricercatori, porteranno a future tecniche di monitoraggio per DMLS e forniranno una solida base per il controllo in tempo reale dei processi di stampa dei metalli.

“Verranno condotti studi futuri su qualità delle parti come rugosità superficiale, porosità, densità e composizione della miscela di polveri interpretate tramite segnali acustici”, concludono. “I difetti possono essere previsti automaticamente per il monitoraggio della qualità e il controllo del feedback.”
Studi come questo sono passi importanti verso la comprensione di ciò che accade durante il processo di stampa 3D del metallo, in modo che i difetti possano essere catturati ed evitati. La stampa 3D in metallo è lontana da un processo perfetto, ma più la tecnologia viene applicata per comprenderla, più efficace sarà.

Gli autori del documento includono Dongsen Ye, Yingjie Zhang, Kunpeng Zhu, Geok Soon Hong e Jerry Fuh Ying His.

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