傾聽材料缺陷的聲音 金屬3D列印突破關鍵
編譯／高晟鈞
金屬積層製造（Additive Manufacturing），又稱金屬3D列印製造，是使用雷射熔融金屬粉末來進行3D列印的技術；然而，這種方法的精密製造卻不容易。傳統的監測方法，包含熱成像和機器學習演算法都顯示出了很大的限制。
這兩種方法容易忽視甚至誤判材料中的缺陷，導致精密製造不夠穩定，進而阻礙了航空與汽車等重要製造業的應用。一直以來，利用聲音檢測材料的缺陷被認為是不可靠的。但近日，來自洛桑聯邦理工學院的研究員，卻成功突破了這個瓶頸。
金屬3D列印
金屬3D列印使用一種重塑金屬製造的方法──雷射粉床熔融（LPBF）。它的原理是利用高強度的雷射，精密地熔化微小的金屬粉末。它熔化的金屬粉末，其尺寸可以小到人類頭髮的厚度（15-100微米）。最後一層均勻的細微金屬粉末會建構在基板上，並重複築層至完成為止。這項技術可以用來製作具有特殊幾何形狀與晶格結構的複雜零件。
當雷射與金屬粉末相互作用時，會形成所謂的「熔池」，在固、液與氣相間來回波動。然而，有時由於雷射角度、粉末或零件的幾何特性，該過程可能會失敗。這種情況下，熔融粉末池容易產生孔隙，最終導致結構產生缺陷。
使用聲音檢測這些缺陷
研究團隊將操作X射線成像與聲波發射測量相結合，開發了一台小型化的LPBF印表機。印表機內的超高靈敏度麥克風可以精確定位相位狀態轉變期間時，聲學訊號的明顯變化，從而識別製造過程中的缺陷。相比機器演算法而言，聲波檢測可以提供對熔融化金屬粉末狀態更精確的識別，並且在早期就糾正缺陷，提高產品的品質。
這項研究位雷射製造領域提供了寶貴的幫助，尤其是對航空航太與其他精密工程而言。
資料來源:innovation
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