Glansen i guldpartikler har en ny anvendelse - at finde defekter

Det glimt af guld har altid fanget vores øjne, men nu har ædelmetallet fået en ny anvendelse – at finde fejl i 3-D-print.

Vanderbilt-forskere har udviklet en teknik til, at guld rent faktisk "stråler" inde i 3-D-printede dele for at fremhæve eventuelle problemer.

"Dette er en af ​​de første applikationer, der bruger guld til defektdetektering. Vi er i stand til at inspicere og opdage defekter, der ikke er synlige for det blotte øje, ved at bruge de optiske egenskaber af indlejrede guldnanopartikler, " sagde Cole Brubaker, civilingeniør studerende, og hovedforfatter af undersøgelsen. "Det er et meget kritisk skridt – at kunne sige 'Vi har en defekt. Det er lige her'."

Forskerholdet brugte supersmå partikler af guld, som faktisk viser sig som en dyb rødbrun farve. Nanopartiklerne er cirka 100, 000 gange tyndere end et menneskehår, men de kunne løse et stort problem i fremstillingen.

"3D-printede materialer bliver mere og mere almindelige i vores daglige liv, fra forbrugsvarer og produkter til endda demonstrationer af 3-D-printede biler og hjem, " sagde Kane Jennings, formand og professor i kemisk og biomolekylær teknik, og medforfatter på papiret. "Men der kan være problemer i behandlingen af ​​3-D-printede materialer. Små defekter eller manglende printlag kan forekomme. Disse defekter kan kompromittere og svække den strukturelle integritet af de 3-D-printede produkter, forårsager fiasko."

Forskere besluttede at prøve at indlejre guld i trykmaterialet for at se, om det kunne hjælpe med at markere disse defekter.

"Det ligner guldet i din ring, men det har meget unikke optiske egenskaber, der ikke nedbrydes over tid, " sagde Brubaker.

Den innovative proces involverer at blande guldnanopartiklerne med en opløst plastpolymer, spreder det i hele mediet. Når det tørrer og hærder, plasten er ekstruderet eller presset til guld nanopartikelfyldte polymerfilamenter, eller tynde slanger, som så kan bruges i standard 3-D printere.

Efter at en del er udskrevet, det går ind i et specielt UV-Vis spektrofotometer for at inspicere for defekter.

"Vi bruger absorbansegenskaberne af de indlejrede guldnanopartikler, " sagde Brubaker. "Du scanner bare lys hen over overfladen af ​​prøven og se, hvor absorbansen falder indeni, signalerer en defekt i det pågældende materiale. En defekt kan findes med en enkelt ikke-destruktiv måling. Det er meget hurtigt. Det tager kun et spørgsmål om sekunder. Vi behøver ikke være afhængige af store sensorsystemer, der har sensorer placeret over hele delen."

Det tværfaglige team omfattede forskere fra afdelingerne for civil- og miljøteknik, kemisk og biomolekylær teknik og kemi, sammen med hjælp fra en bachelorstuderende, der studerer på Fisk University i Nashville. Forskningen blev finansieret af U.S. Office of Naval Research. Der mangler patenter på teknologien, og forskningsresultaterne er offentliggjort i ACS anvendte nanomaterialer .

"Der er enorme muligheder for, hvad vi kan gøre med denne teknologi, " sagde Jennings. "Vi har vist, at 3-D-printede dele kan være selvrapporterende. De selv rapporterer defekter. Vi ser nu på muligheden for at gøre endnu mere med disse smarte materialer."

"Det, der virkelig gør mig begejstret, er den brede vifte af applikationer, vi kan bruge denne teknologi til, " sagde Brubaker. "Vi har lige ridset overfladen."