Onderzoekers van Oak Ridge National Laboratory hebben AI-software ontwikkeld voor 3D-printers die de kwaliteit van onderdelen in real time beoordelen, zonder dat daarvoor dure apparatuur nodig is. De software, genaamd Peregrine, verzamelt en analyseert tijdens elke stap van het productieproces, van ontwerp en selectie van grondstoffen tot de printopbouw en het testen van materialen.
“Door die informatie vast te leggen, wordt voor elk onderdeel een digitale ‘kloon’ gecreëerd, die een schat aan gegevens van de grondstof tot de operationele component levert”, zegt Vincent Paquit, die geavanceerd onderzoek naar productiegegevensanalyse leidt als onderdeel van ORNL’s Imaging, Signals and Machine Learning. groep. “We gebruiken die gegevens vervolgens om het onderdeel te kwalificeren en om toekomstige builds te informeren over meerdere onderdeelgeometrieën en met meerdere materialen, waardoor nieuwe niveaus van automatisering en fabricagekwaliteitsborging worden bereikt.”
Fabriek van de toekomst
Dit ondersteunt de fabriek van de toekomst waarin op maat gemaakte onderdelen worden bedacht met behulp van computerondersteund ontwerp, of CAD, en vervolgens worden geproduceerd door zelfcorrigerende 3D-printers via een geavanceerd communicatienetwerk, tegen minder kosten, tijd, energie en materialen in vergelijking met conventionele productie. Het concept vereist een procesbesturingsmethode om ervoor te zorgen dat elk onderdeel dat van de printer afrolt, klaar is voor installatie in essentiële toepassingen zoals auto’s, vliegtuigen en energievoorzieningen.
Controlemethode
Om een controlemethode te bedenken voor zichtbare defecten aan het oppervlak die op meerdere printermodellen zou werken, creëerden ORNL-onderzoekers een nieuw convolutioneel neuraal netwerk – een computer vision-techniek die het menselijk brein nabootst door snel beelden te analyseren die zijn gemaakt met camera’s die op de printers zijn geïnstalleerd. De Peregrine-software gebruikt een aangepast algoritme dat pixelwaarden van afbeeldingen verwerkt, rekening houdend met de samenstelling van randen, lijnen, hoeken en texturen. Als Peregrine een anomalie detecteert die de kwaliteit van het onderdeel kan beïnvloeden, waarschuwt het automatisch de operators zodat aanpassingen kunnen worden gemaakt.
Poederbedprinters
De software is zeer geschikt voor poederbedprinters. Deze printers verdelen een fijne laag poeder over een bouwplaat, waarna het materiaal wordt gesmolten en versmolten met behulp van een laser- of elektronenstraal. Binder-jetting-systemen vertrouwen op een vloeibaar bindmiddel in plaats van warmte om poedervormige materialen samen te smelten.
Blauwdruk
De systemen printen laag voor laag, geleid door de CAD-blauwdruk, en zijn populair voor de productie van metalen onderdelen. Tijdens het printproces kunnen problemen zoals ongelijkmatige verdeling van het poeder of bindmiddel, spatten, onvoldoende warmte en sommige porositeiten echter leiden tot defecten aan het oppervlak van elke laag. Sommige van deze problemen kunnen in zo’n zeer kort tijdsbestek optreden dat ze door conventionele technieken niet worden opgemerkt.
Uitdagingen
“Een van de fundamentele uitdagingen voor additive manufacturing is dat je je bekommert om dingen die zich voordoen op lengteschalen van tientallen micron en in microseconden gebeuren, en dat je je daar dagen of zelfs weken druk om maakt”, zegt Luke Scime van ORNL. , hoofdonderzoeker voor Peregrine. “Omdat zich op elk van die punten op elk van die momenten een fout kan vormen, wordt het een uitdaging om het proces te begrijpen en een onderdeel te kwalificeren.”
Beeld: Luke Scime, ORNL, U.S. Dept of Energy
