De ingenieurs van Cambridge zijn een driejarig onderzoeksprogramma begonnen om de fabricage van metalen 3D-geprinte onderdelen en producten te versnellen. door gebruik te maken van computer-gegenereerde holografie.

In recente jaren, de maakindustrie is getuige geweest van een toename van het gebruik van 3D-printen voor duurzame oplossingen en producten op maat, produceren van hoogwaardige artikelen tegen lage kosten. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van zeer avontuurlijke fabricagetechnieken, zoals additieve fabricage (AM), waardoor het scala aan te verwerken materialen is uitgebreid, van kunststoffen tot metalen en andere meer exotische materialen.

Nutsvoorzieningen, dankzij financiering van de Engineering and Physical Sciences Research Council, Professor Tim Wilkinson en zijn team streven ernaar om metallisch 3D-printen te versterken door computergegenereerde holografie te gebruiken om niet alleen de kwaliteit van afgewerkte onderdelen en producten te verbeteren, maar maar ook om meer controle over het metaalpoeder tijdens het AM-proces mogelijk te maken.

State-of-the-art machines gebruiken een kleine laservlek om het poeder te smelten, intense hitte afgeven, voordat geleidelijk een dunne laag na laag van het materiaal wordt toegevoegd om een ​​definitief vervaardigd onderdeel of product te vormen. Maar het beheersen van deze thermische energie is moeilijk vanwege de gelokaliseerde aard van de laservlek, wat leidt tot onvoorspelbare spanningen en vervormingen in het onderdeel dat wordt gemaakt. Echter, computergegenereerde hologrammen kunnen helpen de distributie van deze energie onder controle te krijgen in drie dimensies in plaats van twee, als gevolg van optische diffractie (het buigen van lichtgolven rond een obstakel). Het smeltproces kan dan in realtime worden gevolgd en het hologram kan opnieuw worden berekend om de vorm te controleren, kwaliteit en materiaal van het AM-proces.

Het onderzoeksteam is begonnen met plastic en hars AM om de algoritmen te ontwikkelen die nodig zijn om het hologram te controleren. Vervolgens gaan ze over op het gebruik van metaalpoeder.

Peter Christoper, doctoraat student Ultra Precision Engineering, zei dat het doel is om tegelijkertijd een hele laag metaalpoeder te smelten, waardoor de productiesnelheid wordt verbeterd, evenals het verwijderen van veel van de thermische problemen die worden ervaren in de huidige benaderingen.

"3D-printen wordt tegenwoordig steeds populairder, zowel voor hobbyisten als voor commerciële projecten, ", zei hij. "Tijdens de COVID-19-pandemie bijvoorbeeld, we hebben duizenden wetenschappers gezien, ingenieurs, onderzoekers en medische professionals, 3D-printonderdelen voor ventilatoren in slechts enkele uren, terwijl het opzetten van traditionele benaderingen maanden of jaren zou hebben geduurd. Metallic 3D-printen of additive manufacturing (AM) is langzamer geworden, mede door de hoge kosten, gebruiksmoeilijkheden en technische uitdagingen. Tegenwoordig echter, het begint gebruik te vinden in kleine batches van complexe onderdelen. Het wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in de medische industrie, in het produceren van op maat gemaakte implantaten. Als resultaat van onze holografische techniek, we kunnen meerdere lichtstralen tegelijk gebruiken om een ​​structuur op een meer driedimensionale manier op te bouwen, en we kunnen de richting bepalen waarin het licht zich voortplant. Hierdoor hebben we meer controle over eventuele onvolkomenheden. We hopen ook dat als resultaat van dit onderzoek een nieuwe generatie LCD-schermen zal worden geproduceerd, speciaal ontworpen voor krachtige laserverlichting in AM-processen."