Holografisk stråleformning for at give et boost til metallisk 3-D-print

Cambridge ingeniører har påbegyndt et treårigt forskningsprogram for at hjælpe med at fremskynde fremstillingen af ​​metalliske 3D-trykte dele og produkter, ved hjælp af computergenereret holografi.

I de seneste år, fremstillingsindustrien har været vidne til en stigning i brugen af ​​3-D-print til bæredygtige løsninger og tilpassede produkter, producerer varer af høj kvalitet til lave omkostninger. Dette har ført til, at meget eventyrlige fremstillingsteknikker er blevet udviklet, såsom additiv fremstilling (AM), som har udvidet rækken af ​​materialer, der kan forarbejdes, fra plastik til metaller og andre mere eksotiske materialer.

Nu, takket være finansiering fra Engineering and Physical Sciences Research Council, Professor Tim Wilkinson og hans team sigter mod at styrke metallisk 3D-print ved hjælp af computergenereret holografi til ikke kun at forbedre kvaliteten af ​​færdige dele og produkter, men også for at tillade større kontrol over det metalliske pulver under AM-processen.

Topmoderne maskiner bruger et lille laserpunkt til at smelte pulveret, afgiver intens varme, før der gradvist tilføjes et tyndt lag på lag af materialet for at udgøre en endelig fremstillet del eller produkt. Men det er svært at kontrollere denne termiske energi på grund af laserstedets lokaliserede karakter, fører til uforudsigelige spændinger og forvrængninger i den del, der laves. Imidlertid, edb-genererede hologrammer kan hjælpe med at bringe fordelingen af ​​denne energi under kontrol i tre dimensioner frem for to, som et resultat af optisk diffraktion (bøjningen af ​​lysbølger omkring en forhindring). Smelteprocessen kan derefter overvåges i realtid, og hologrammet kan genberegnes for at styre formen, AM-processens kvalitet og materiale.

Forskergruppen er begyndt at arbejde med plast og harpiks AM for at udvikle de algoritmer, der er nødvendige for at kontrollere hologrammet. De fortsætter med at bruge metalpulver.

Peter Christoper, Ph.d. studerende i Ultra Precision Engineering, sagde, at målet er at smelte et helt lag metalpulver samtidigt, derved forbedre fremstillingshastigheden, samt at fjerne mange af de termiske problemer, der opleves i de nuværende tilgange.

"3D-udskrivning bliver stadig mere populær i dag, både for hobbyister og for kommercielle projekter, "sagde han." Under COVID-19-pandemien f.eks. vi har set tusinder af forskere, ingeniører, forskere og læger, 3D-udskrivningsdele til ventilatorer på få timer, der henviser til, at traditionelle metoder ville have taget måneder eller år at etablere. Metallisk 3D-print eller additiv fremstilling (AM) har været langsommere at fange, dels på grund af høje omkostninger, sværhedsgrad og tekniske udfordringer. Men nu til dags, det begynder at finde anvendelse i små partier af komplekse dele. Det er meget udbredt i den medicinske industri f.eks. som et resultat af vores holografiske teknik, vi kan bruge flere lysstråler på samme tid for at opbygge en struktur på en mere tredimensionel måde, og vi kan styre i hvilken retning lyset bevæger sig. Dette giver os større kontrol over eventuelle ufuldkommenheder. Vi håber også, at en ny generation af flydende krystalskærme vil blive produceret som et resultat af denne forskning, designet specielt til laserbelysning med høj effekt i AM -processer. "