Лазерная система мониторинга добавила новый уровень контроля в 3D-печати

В таких областях, как аэрокосмическая промышленность и медицинское оборудование, производство сложных компонентов часто сталкивается с серьёзными трудностями. Однако появление 3D-печати предоставило эффективное решение.

В научном сообществе технологию изготовления твёрдых деталей путём постепенного наращивания материала называют аддитивным производством, более известным как 3D-печать. По сравнению с традиционными методами изготовления деталей, 3D-печать предлагает большую свободу, более высокую способность к созданию сложных форм и повышенную эффективность.

Аддитивные технологии уже применяются в различных сферах, включая аэрокосмическую отрасль, здравоохранение, автомобилестроение, производство потребительских товаров, строительство и образование.

Согласно отчёту аналитиков VoxelMatters, в 2023 году с помощью 3D-печати было изготовлено почти 37 млн деталей для потребительских товаров, что на 23% больше, чем в 2022 году. В частности, полимерная 3D-печать произвела 16,8 млн деталей, а металлическая — 364 тыс. Например, 15% деталей вертолётных двигателей VK-650V и VK-1600V российской компании «Климов», включая корпусные элементы и форсунки, были изготовлены на 3D-принтерах.

«При массовом производстве аддитивные технологии сталкиваются с такими проблемами, как нестабильность качества и сложность обнаружения дефектов в реальном времени, что препятствует их широкому применению», — отметил профессор Чэнь Сюэфэн из Академии передового оборудования iHarbour при Сианьском университете Цзяотун.

Профессор Чжан Синьу, специалист по машиностроению, добавил, что стабильность качества производства является ключевой проблемой для массового внедрения аддитивных технологий.

«Сейчас большинство процессов представляют собой "слепые" операции, где качество обработки в реальном времени неизвестно и может быть оценено только после изготовления с помощью офлайн-методов, таких как КТ-сканирование. Если деталь не соответствует стандартам, её приходится утилизировать, что приводит к значительным финансовым потерям и потере нескольких месяцев работы», — пояснил Чжан.

Исследователь Чжао Чжибин привёл пример сложного компонента двигателя, стоимость которого может достигать нескольких миллионов юаней (сотен тысяч рублей). «Если после 3D-печати обнаруживаются дефекты, например, газовые полости, весь компонент становится непригодным, что приводит к огромным потерям», — сказал он.

Для массового производства с использованием аддитивных технологий необходимо создать универсальную систему контроля качества в национальном и даже глобальном масштабе, подчеркнул Чэнь.

При поддержке ключевых национальных проектов в области НИОКР команда Чэня разработала систему мониторинга аддитивного производства с использованием лазеров. По словам Чжана, эта технология включает быстрое измерение, точную оценку и стабильный контроль. Из-за высокой изменчивости процессов в металлической 3D-печати требуется оперативное получение информации в реальном времени.

«В массовом производстве есть несколько критически важных этапов, которые необходимо постоянно контролировать», — отметил Чэнь.

Лазерная система мониторинга позволяет отслеживать процесс изготовления в реальном времени. Это означает, что при обнаружении ошибки можно немедленно вмешаться, что минимизирует затраты. Технология, усиленная искусственным интеллектом, повышает точность и надёжность идентификации до 95%.

Распознавание изображений на основе ИИ стабилизирует алгоритмы и позволяет технологии быстро выявлять закономерности в данных. Система уже внедряется, в первую очередь в аэрокосмической отрасли, и экспортируется в различные страны, включая Австрию.

«Сейчас компании, приобретающие оборудование для аддитивного производства, часто заказывают соответствующее количество лазерных систем мониторинга», — добавил Чэнь.

Чжан подчеркнул, что система мониторинга играет ключевую роль в обеспечении стабильности качества. Такие организации, как Национальный институт стандартов и технологий США, неоднократно подчёркивали её важность в официальных технических документах.

ИИ: Развитие лазерных систем мониторинга для 3D-печати — важный шаг на пути к массовому внедрению аддитивных технологий. В будущем это может значительно сократить затраты и повысить надёжность производства сложных компонентов.