La source de photons avancée génère des rayons X à haute énergie qui montrent une impression 3D en temps quasi réel. Crédit :Laboratoire National d'Argonne
L'ajout d'une nouvelle caméra infrarouge à la source de photons avancée d'Argonne réduit l'écart entre la recherche fondamentale et appliquée en fabrication additive.
L'un des plus grands défis de l'industrie de l'impression 3D est de garantir une reproductibilité de haute qualité des pièces. Sans une meilleure compréhension de la façon de détecter et d'arrêter les défauts, la technologie a des limites lors de la production de pièces de base.
Ces informations indispensables sont désormais à portée de main des designers industriels, grâce à un nouvel outil mis à la disposition de l'industrie et des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE). L'installation d'une caméra infrarouge sur la source de rayons X à haute énergie de la source avancée de photons d'Argonne, une installation utilisateur du DOE Office of Science, permet aux chercheurs de mesurer les signatures thermiques sur les surfaces en temps réel.
Argonne a été le premier laboratoire national américain à intégrer un appareil d'impression 3D métallique dans une ligne de lumière, ou chemin du photon, pour le diagnostic radiographique. C'est également le seul laboratoire national qui peut visualiser la fusion de la poudre métallique dans la zone dite du "melt pool" en moins d'une nanoseconde. L'ajout de la caméra infrarouge à grande vitesse à une ligne de faisceau synchrotron est une autre première, et permet aux chercheurs de reproduire plus fidèlement les processus de dépôt qui se produisent sur une véritable usine de fabrication.
Les outils de diagnostic combinés permettent à l'industrie et aux chercheurs de capturer des images radiographiques à 1, 000, 000 images par seconde et images thermiques à 100, 000 images par seconde lors des processus d'impression 3D. Cela crée des films de la formation de défauts clés causés par l'instabilité du bain de fusion, éjection des projections de poudre et stratégie de balayage inappropriée.
Ensemble, L'imagerie infrarouge et aux rayons X peut aider les scientifiques à mieux comprendre le processus d'impression 3D. Crédit :Laboratoire National d'Argonne
Imagerie complémentaire
Utilisé côte à côte avec la microscopie à rayons X, l'imagerie thermique à grande vitesse peut fournir de nouvelles informations sur la quantité et la vitesse à laquelle différentes régions de la pièce chauffent et refroidissent pendant toute la construction, ce qui implique des millions de balayages de lignes laser. Ces informations peuvent être utilisées pour réduire les variations dans la conception des pièces, et améliorer l'efficacité de la fabrication additive pour les produits de consommation, la défense, Médicament, automobile et de nombreuses autres applications sur le terrain.
« L'imagerie infrarouge et l'imagerie aux rayons X se complètent, " a déclaré le physicien d'Argonne Tao Sun. " D'un côté, vous avez les rayons X pénétrant l'échantillon pour vous aider à voir les microstructures sans aucune information thermique, tandis que de l'autre, vous avez la caméra infrarouge qui capture de nombreuses signatures thermiques associées."
Une façon dont la caméra infrarouge augmente l'imagerie par rayons X est d'aider à visualiser la formation de panaches de poudre vaporisée, qui se forment lorsque le laser frappe et se déplace à travers la poudre. Ces panaches, très chaud, peut perturber les performances du laser.
Ces panaches ne peuvent pas être vus en utilisant uniquement les rayons X en raison de l'état vaporisé des particules, mais sont capturés par la lumière infrarouge. Parallèlement aux mesures effectuées par rayons X, de telles données, ainsi que d'autres paramètres importants, y compris les taux de chauffage et de refroidissement, peuvent alimenter des modèles d'impression 3D pour améliorer leur précision et leur vitesse.
Faire le pont entre les sciences fondamentales et appliquées
Avec une nouvelle caméra infrarouge, Les chercheurs d'Argonne peuvent approfondir la dynamique détaillée de l'impression 3D en mesurant les signatures thermiques sur les surfaces en temps réel. Crédit :Shutterstock / MarinaGrigorivna
Un autre avantage clé des caméras infrarouges est leur capacité à s'intégrer dans des systèmes de fabrication additive, rapprocher la recherche fondamentale menée à l'APS des utilisateurs du monde réel.
Sun et Greco envisagent un avenir où les utilisateurs de systèmes de fabrication additive pourraient attacher des caméras infrarouges à leurs machines pour tirer parti des informations issues du couplage de l'imagerie par rayons X et infrarouge, comme une signature thermique (trouvée par imagerie infrarouge) corrélée à la formation d'un défaut (capture par imagerie aux rayons X). Si trouvé, les utilisateurs pouvaient identifier les défauts qui se formaient dans leurs propres systèmes sur la base d'une signature donnée, et prendre des mesures préventives pour atténuer ou résoudre le problème.
De telles applications potentielles sont loin dans le futur, Soleil a dit, mais illustrent les avantages potentiels de l'intégration des deux techniques d'imagerie.
"Tout le monde n'a pas la chance d'avoir accès à une puissante source lumineuse à rayons X comme l'APS, donc si nous pouvons trouver des moyens de fournir des informations et d'exploiter des outils auxquels la plupart des gens ont accès, comme les caméras thermiques, nous pouvons avoir un impact encore plus grand sur le terrain, " il a dit.
La caméra infrarouge est située sur la ligne de lumière 32-ID-B de la source avancée de photons. La caméra infrarouge a été financée par un programme LDRD dans le cadre du programme de science et d'ingénierie de fabrication d'Argonne. Voir une vidéo sur cette nouvelle technologie ici.
