حسگرهای فراصوت لیزری: انقلابی در چاپ سه‌بعدی و صنعت تولید؟

کاوش‌های نوین در طراحی حسگرهای فراصوت

یه مطالعه‌ی تازه که امروز تو نشریه‌ی Waves in Random and Complex Media منتشر شده، یه فرمولی رو معرفی می‌کنه از طرف محققای دانشگاه بریستول که می‌تونه برای تعیین حدود و مرزهای طراحی هندسه و ساختار ریز مواد یه قطعه خاص، کمک‌کننده باشه. در حال حاضر، نه تکنولوژی حسگری تجاری‌ای وجود داره و نه الگوریتم تصویربرداری مرتبطی برای ارزیابی کیفیت این قطعات. اگه تولید افزودنی (چاپ سه‌بعدی) قطعات فلزی بتونه استانداردهای ایمنی و کیفیت صنایع رو تامین کنه، مزایای تجاری قابل توجهی تو بخش تولید به وجود میاد.

نقطه‌ی عطف: حسگرهای فراصوت لیزری

این تحقیق به استفاده از حسگرهای آرایه‌ای فراصوتی اشاره داره که اساساً شبیه حسگرهایی هستن که تو تصویربرداری پزشکی، مثل عکس گرفتن از بچه‌ها تو شکم مادر، استفاده می‌شن. با این حال، نسخه‌های جدیدتر که مبتنی بر لیزر هستن، نیازی به تماس حسگر با ماده ندارن. پروفسور آنتونی مَلهَلند، رئیس دانشکده‌ی ریاضیات و فناوری مهندسی، توضیح داد: «ما یه روش حسگری بالقوه داریم که از آرایه‌های فراصوت مبتنی بر لیزر استفاده می‌کنه و از مدل‌سازی ریاضی برای راهنمایی تو طراحی این تجهیزات قبل از استقرارشون تو محل، بهره می‌گیریم.»

مدل‌سازی ریاضی و ارزیابی کیفیت

تیم تحقیقاتی یه مدل ریاضی ساخته که فیزیک امواج فراصوت رو تو مواد فلزی لایه‌ای (که با روش افزودنی تولید شدن) در نظر می‌گیره و تغییرات بین هر قطعه تولید شده رو لحاظ می‌کنه. این فرمول ریاضی شامل پارامترهای طراحی مرتبط با لیزر فراصوتی و ذات ماده‌ی خاص هست. خروجی این مدل، اندازه‌گیری میزان اطلاعاتی هست که حسگر تولید می‌کنه تا یکپارچگی مکانیکی قطعه‌ی مورد نظر ارزیابی بشه.

بهینه‌سازی پارامترهای ورودی برای افزایش اطلاعات

پارامترهای ورودی می‌تونن طوری بهینه بشن که بیشترین میزان اطلاعات رو به دست بیارن. امید می‌ره که کشف این پارامترها، طراحی و پیاده‌سازی راه‌حل پیشنهادی برای این فرصت تولیدی رو سرعت ببخشه. پروفسور مَلهَلند اضافه کرد: «ما می‌تونیم با شرکای صنعتی‌مون همکاری کنیم تا یه روشی برای ارزیابی یکپارچگی مکانیکی این قطعات حیاتی ایمنی تو مرحله‌ی تولید ایجاد کنیم.» و ادامه داد: “این می‌تونه منجر به طراحی‌های کاملاً جدید (با بهره‌برداری کامل از چاپ سه‌بعدی)، فرآیندهای تولید سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر، و مزایای تجاری و اقتصادی قابل توجهی برای صنعت تولید بریتانیا بشه.”

استفاده از یافته‌ها در همکاری‌های تجربی

در حال حاضر، تیم داره برنامه‌ریزی می‌کنه تا از یافته‌هاش برای کمک به همکارای تجربیش که دارن آرایه‌های فراصوت مبتنی بر لیزر رو طراحی و می‌سازن، استفاده کنه. این حسگرها بعداً توسط بازوهای رباتیک تو یه محیط کنترل‌شده‌ی تولید افزایشی به کار گرفته می‌شن. اون‌ها سعی می‌کنن بیشترین اطلاعات رو از داده‌های تولید شده توسط حسگر استخراج کنن و الگوریتم‌های تصویربرداری اختصاصی‌ای برای تولید تصاویر توموگرافی از داخل قطعاتی که توسط شرکای صنعتی‌شون تامین شده، ایجاد می‌کنن. سپس از روش‌های مخرب برای ارزیابی کیفیت تصاویر توموگرافی تولید شده، استفاده خواهد شد.

مزایای تجاری چاپ سه‌بعدی تو صنعت

پروفسور مَلهَلند اینطور جمع‌بندی کرد: «باز کردن راه برای چاپ سه‌بعدی تو تولید قطعات حیاتی ایمنی، مثل اونایی که تو صنعت هوافضا پیدا می‌شن، منافع تجاری قابل توجهی برای صنعت بریتانیا به همراه خواهد داشت.» و اضافه کرد: «نبود یه روش برای ارزیابی یکپارچگی مکانیکی این قطعات، مانع اصلی پیشرفت این فرصت هیجان‌انگیز هست. این مطالعه یه مدل ریاضی ایجاد کرده که استفاده از یه حسگر جدید مبتنی بر لیزر رو شبیه‌سازی می‌کنه و می‌تونه یه راه‌حلی برای این مشکل ارائه بده. این مطالعه طراحی و پیاده‌سازی حسگر رو سرعت خواهد بخشید.»