APL研究人員基于導彈防御系統(tǒng)，開發(fā)出可在納秒內檢測增材制造缺陷的裝置

2024年5月14日，南極熊獲悉，來自約翰霍普金斯大學應用物理實驗室 (APL) 的研究人員開發(fā)出能夠實時檢測增材制造缺陷的先進傳感器，以解決制造過程中出現的缺陷問題，避免損害組件的強度和可靠性。

由 Vince Pagán 和Morgan Trexler 領導的 APL 團隊在解決粉末床熔融過程中出現的缺陷方面取得了重大進展。這一過程中的一個常見問題是形成匙孔缺陷——凝固金屬內殘留的微小氣泡，削弱了其結構完整性。當激光過快地傳遞過多的能量時，就會出現這些缺陷，從而導致熔化的金屬不穩(wěn)定。

APL 團隊從自然界中進行類比，例如通過觀察表面破壞來識別河流中的水下巖石，APL 團隊開發(fā)了一種通過監(jiān)測制造過程中的熱和光譜異常來檢測潛在缺陷的方法。他們假設，當檢測到這些異常時，通過短暫暫停激光，金屬可以充分冷卻以防止蒸氣泡的形成。

△小孔缺陷形成的模型視圖。最右邊的幻燈片顯示了冷卻金屬內捕獲的蒸汽。 APL 的目標是通過開發(fā)新穎的傳感方法來防止此類缺陷，這些方法可以在異常完全形成之前檢測到它們。來源：約翰·霍普金斯 APL。

這一突破來自于開發(fā)可在微秒內響應的定制傳感器——考慮到增材制造中材料的凝固速度比傳統(tǒng)工藝快數千倍，速度非�？臁＿@些傳感器是與約翰·霍普金斯大學的Mark Foster 及其團隊合作開發(fā)的，配備了多個波長的光電二極管，并具有增強的采樣頻率。這種設置可以高分辨率捕獲熔池動態(tài)數據——這對于早期檢測缺陷至關重要。

在實踐中，傳感器被集成到一個控制框架中，該框架直接與激光器通信——如果檢測到過多的熱量，則指示它立即關閉。這種快速響應系統(tǒng)可以在百萬分之十到二十秒內采取行動，基于導彈防御系統(tǒng)的技術。這些系統(tǒng)響應數據輸入的敏捷性是成功預防缺陷的關鍵。

APL 團隊成功證明了系統(tǒng)能夠在不到一微秒的時間內做出響應，這比它所監(jiān)控的物理過程要快得多。此功能使系統(tǒng)能夠先發(fā)制人地解決潛在缺陷，確保最終產品的完整性。

展望未來，該團隊計劃將人工智能納入系統(tǒng)中，以提高反饋循環(huán)的速度和準確性，從而有可能在制造過程中實現實時調整。這一發(fā)展不僅有望提高增材制造在生產無缺陷組件方面的可靠性，而且還為該技術在各個關鍵領域的更廣泛采用奠定了基礎。