超声波SMART传感器可实时监控AM微结构

增材制造行业可能很快会在其工具包中推出新技术!宾夕法尼亚州立工程学院工程科学与力学助理教授克里斯托弗·库伯(Christopher Kube)正在研究增材制造中超声传感器的使用,以实现对金属零件微观结构的精确控制。


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首席研究员库伯将与宾夕法尼亚州立大学创新材料加工中心的Abdalla Nassar,北德克萨斯大学的张海峰,卡内基梅隆大学的Anthony Rollett和西屋电气公司的Clint Armstrong一起开发超声波传感器并将其集成到粉末床中融合3D打印机,使用美国能源部提供的100万美元资助。


Kube说:“增材制造的零件通过提供只能使用3D打印制造的新的和可替换的金属零件,具有破坏核能工业的巨大潜力。但是,当前的印刷工艺通常不能生产出质量足够的零件。”


为了改善印刷金属零件的性能,Kube将领导超声波传感器的开发,这种传感器被称为SMART传感器(使用声学实时感测微结构)。传感器将使用超声波来确定有关金属零件微观结构的信息,类似于在医学领域如何使用超声波观察人体内部。


库伯解释说,超声波传感器也可以比作地震学,在地球深处探测到声波。


他说:“地震信号通常包含大量噪声,这些噪声携带有关地球内部结构的信息。” “如果您可以解释信号,则可以量化内部结构。在超声波传感器中也是如此,其中噪声信号可以比作结构指纹。”


一旦研究人员开发出传感器,它们将被安装在打印平台下并在原位使用,或者在打印过程本身中使用,以实时同时在多个零件上进行测量。根据Kube的说法,原位测量对于这项研究是唯一的,因为当前的监测方法对零件的微观结构的敏感性有限。


“在打印过程中表征零件质量可保留3D打印过程所提供的敏捷性, ” Kube说:“当零件在打印后必须进行耗时且昂贵的质量控制检查时,3D打印的价值将大大降低。”


宾夕法尼亚州立大学创新材料加工中心的合作者将使用91级钢(用于核能行业的一种新兴金属合金)制造金属零件,以测试和验证传感器。


Kube说:“西屋公司是核能行业的一家著名公司,将指导我们选择零件以及进行打印和测试内容的决定,以确保传感器最终可以在实际的工业应用中使用。”


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