Gli scienziati di NTU Singapore inventano un metodo di imaging per valutare la qualità delle parti metalliche stampate in 3D
Gli scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), hanno sviluppato un metodo di imaging rapido ed economico in grado di analizzare la struttura delle parti metalliche stampate in 3D e offrire approfondimenti sulla qualità del materiale.
La maggior parte delle leghe metalliche stampate in 3D è costituita da una miriade di cristalli microscopici, che differiscono per forma, dimensione e orientamento del reticolo atomico. Mappando queste informazioni, scienziati e ingegneri possono dedurre le proprietà della lega, come resistenza e tenacità. Questo è simile a guardare la venatura del legno, dove il legno è più forte quando la venatura è continua nella stessa direzione.
Questa nuova tecnologia made-in-NTU potrebbe avvantaggiare, ad esempio, il settore aerospaziale, dove la valutazione rapida e a basso costo di parti mission-critical – turbine, pale dei ventilatori e altri componenti – potrebbe essere un punto di svolta per l’industria della manutenzione, riparazione e revisione .
Finora, l’analisi di questa ” microstruttura” in leghe metalliche stampate in 3D è stata ottenuta attraverso misurazioni laboriose e dispendiose in termini di tempo utilizzando microscopi elettronici a scansione, con un prezzo compreso tra S $ 100.000 e S $ 2 milioni.
Il metodo ideato dal professore associato di Nanyang Matteo Seita e dal suo team, fornisce la stessa qualità di informazioni in pochi minuti utilizzando un sistema composto da una fotocamera ottica, una torcia e un computer notebook che esegue un software proprietario di apprendimento automatico sviluppato dal team – con l’hardware che costa circa S $ 25.000.
Il nuovo metodo del team richiede innanzitutto il trattamento della superficie del metallo con sostanze chimiche per rivelare la microstruttura, quindi il posizionamento del campione di fronte alla fotocamera e l’acquisizione di più immagini ottiche mentre la torcia illumina il metallo da diverse direzioni.
Il software analizza quindi i modelli prodotti dalla luce riflessa dalla superficie di diversi cristalli di metallo e ne deduce l’orientamento. L’intero processo richiede circa 15 minuti per essere completato.
I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista scientifica peer-reviewed npj Computational Materials dal Nature Publishing Group il mese scorso.
“Utilizzando il nostro metodo di imaging rapido e poco costoso, possiamo facilmente distinguere le parti metalliche buone stampate in 3D da quelle difettose. Attualmente, è impossibile dire la differenza se non valutiamo in dettaglio la microstruttura del materiale”, spiega l’ Asst Prof Seita, della Scuola di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale e della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali della NTU.
“Non esistono due parti metalliche stampate in 3D uguali, anche se potrebbero essere state prodotte utilizzando la stessa tecnica e avere la stessa geometria. Concettualmente, questo è simile al modo in cui due manufatti in legno altrimenti identici possono possedere ciascuno una diversa struttura del grano”.
Il nuovo metodo di imaging migliora la certificazione della stampa 3D e la valutazione della qualità
L’Asst Prof Seita ritiene che il loro metodo di imaging innovativo abbia il potenziale per semplificare la certificazione e la valutazione della qualità delle parti in lega metallica prodotte dalla stampa 3D, nota anche come produzione additiva.
Una delle tecniche più comunemente utilizzate per la stampa 3D di parti metalliche utilizza un laser ad alta potenza per fondere le polveri metalliche e fonderle insieme, strato dopo strato, fino a quando non viene stampato il prodotto completo.
Tuttavia, la microstruttura e quindi la qualità del metallo stampato risultante dipendono da diversi fattori, tra cui la velocità o l’intensità del laser, quanto tempo è concesso al metallo per raffreddarsi prima che lo strato successivo si sciolga e persino il tipo e la marca delle polveri metalliche utilizzate.
Questo è il motivo per cui lo stesso disegno stampato da due macchine o case di produzione diverse può comportare parti di qualità diversa.
Invece di utilizzare un complicato programma per computer per misurare l’orientamento del cristallo dai segnali ottici acquisiti, il “software intelligente” sviluppato dall’Asst Prof Seita e dal suo team utilizza una rete neutra, imitando il modo in cui il cervello umano forma l’associazione ed elabora il pensiero. Il team ha quindi utilizzato l’apprendimento automatico per programmare il software, alimentandolo con centinaia di immagini ottiche.
Alla fine, il loro software ha imparato a prevedere l’orientamento dei cristalli nel metallo dalle immagini, in base alle differenze nel modo in cui la luce si disperde sulla superficie del metallo. È stato quindi testato per essere in grado di creare una “mappa di orientamento dei cristalli” completa, che fornisce informazioni complete sulla forma, le dimensioni e l’orientamento del reticolo atomico del cristallo.
Per commercializzare il loro metodo, il team è ora in discussione con NTUitive , la società di innovazione e impresa di NTU, per esplorare la possibilità di avviare una società spin-off o di concedere in licenza il proprio brevetto agli attori del settore interessati.
