تحول صنعت با حسگرهای جدید در محصولات چاپ سه‌بعدی!

تحقیقات جدید در زمینه طراحی حسگرهای اولتراسونیک

در مطالعه‌ای که امروز در نشریه Waves in Random and Complex Media منتشر شده است، محققان دانشگاه بریستول فرمولی را ارائه داده‌اند که می‌تواند به تعیین مرزهای طراحی برای هندسه و میکروساختار مواد یک جزء خاص کمک کند. در حال حاضر، فناوری حسگری تجاری و الگوریتم تصویربرداری مرتبط برای ارزیابی کیفیت چنین اجزایی وجود ندارد. اگر تولید افزودنی (چاپ سه‌بعدی) اجزای فلزی بتواند استانداردهای ایمنی و کیفیت در صنایع را برآورده کند، مزایای تجاری قابل توجهی در بخش تولید به وجود خواهد آمد.

نوآوری کلیدی: حسگرهای اولتراسونیک لیزری

این تحقیق به استفاده از حسگرهای آرایه‌ای اولتراسونیک اشاره دارد که اساساً مشابه حسگرهایی هستند که در تصویربرداری پزشکی، مانند ایجاد تصاویر از نوزادان در رحم، استفاده می‌شوند. با این حال، نسخه‌های جدید مبتنی بر لیزر نیاز به تماس حسگر با ماده ندارند. پروفسور آنتونی مالهلند، رئیس دانشکده ریاضیات و فناوری مهندسی، توضیح داد: “ما یک روش حسگری بالقوه با استفاده از آرایه‌های اولتراسونیک مبتنی بر لیزر داریم و از مدل‌سازی ریاضی برای اطلاع‌رسانی در طراحی این تجهیزات قبل از استقرار آن در محل استفاده می‌کنیم.”

مدل‌سازی ریاضی و ارزیابی کیفیت

تیم تحقیقاتی یک مدل ریاضی ساخته است که فیزیک امواج اولتراسونیک را در مواد فلزی لایه‌ای (که به‌صورت افزودنی تولید شده‌اند) در نظر می‌گیرد و تغییرات بین هر جزء تولید شده را مدنظر قرار می‌دهد. این فرمول ریاضی شامل پارامترهای طراحی مرتبط با لیزر اولتراسونیک و ماهیت ماده خاص است. خروجی این مدل، اندازه‌گیری میزان اطلاعاتی است که توسط حسگر تولید خواهد شد تا یکپارچگی مکانیکی جزء مورد ارزیابی قرار گیرد.

بهینه‌سازی پارامترهای ورودی برای افزایش اطلاعات

پارامترهای ورودی می‌توانند به گونه‌ای بهینه‌سازی شوند که حداکثر اطلاعات را به دست آورند. امید است که کشف این پارامترها، طراحی و پیاده‌سازی راه‌حل پیشنهادی برای این فرصت تولیدی را تسریع کند. پروفسور مالهلند افزود: «ما می‌توانیم با شرکای صنعتی خود همکاری کنیم تا روشی برای ارزیابی یکپارچگی مکانیکی این اجزای حیاتی ایمنی در مرحله تولید ایجاد کنیم.» او ادامه داد: «این می‌تواند منجر به طراحی‌های کاملاً جدیدی شود (با بهره‌برداری کامل از چاپ سه‌بعدی)، فرآیندهای تولید سریع‌تر و مقرون به صرفه‌تر، و مزایای تجاری و اقتصادی قابل توجهی برای صنعت تولید بریتانیا به همراه داشته باشد.»

استفاده از یافته‌ها در همکاری‌های تجربی

اکنون تیم برنامه‌ریزی دارد تا از یافته‌ها برای کمک به همکاران تجربی خود که در حال طراحی و ساخت آرایه‌های اولتراسونیک مبتنی بر لیزر هستند، استفاده کند. این حسگرها سپس توسط بازوهای رباتیک در یک محیط کنترل‌شده تولید افزایشی به کار گرفته خواهند شد. آن‌ها حداکثر اطلاعات را از داده‌های تولید شده توسط حسگر استخراج کرده و الگوریتم‌های تصویربرداری سفارشی برای تولید تصاویر توموگرافی از داخل اجزای تأمین‌شده توسط شرکای صنعتی خود ایجاد خواهند کرد. سپس از روش‌های مخرب برای ارزیابی کیفیت تصاویر توموگرافی تولید شده استفاده خواهد شد.

مزایای تجاری چاپ سه‌بعدی در صنعت

پروفسور مالهلند نتیجه‌گیری کرد: «باز کردن راه برای چاپ سه‌بعدی در تولید اجزای حیاتی ایمنی، مانند آن‌هایی که در صنعت هوافضا یافت می‌شوند، مزایای تجاری قابل توجهی برای صنعت بریتانیا به همراه خواهد داشت.» او افزود: «عدم وجود روشی برای ارزیابی یکپارچگی مکانیکی چنین اجزایی، مانع اصلی پیشبرد این فرصت هیجان‌انگیز است. این مطالعه یک مدل ریاضی ایجاد کرده است که استفاده از یک حسگر جدید مبتنی بر لیزر را شبیه‌سازی می‌کند و می‌تواند راه‌حلی برای این مشکل ارائه دهد. این مطالعه طراحی و پیاده‌سازی حسگر را تسریع خواهد کرد.»