Elemzés: okosabb szenzorokkal leküzdhetők az additív gyártás akadályai

Az additív gyártással foglalkozó Wohlers tanácsadó cég adatai szerint 2024-ben a globális AM-ipar értéke 21,8 milliárd dollárra nőtt, a tavalyi év mégis vegyes teljesítményt hozott, ami arra utal, hogy továbbra is vannak akadályok az additív gyártás széles körű elterjedése előtt. A vegyes jelű ASIC-tervezéssel foglalkozó Swindon Silicon Systems ezeknek a kihívásoknak a megoldásán dolgozik okosabb szenzorok fejlesztésével – hangsúlyozta a cég termék- és üzletfejlesztési igazgatója. Ross Turnbull az Engineer Live felkérésére elemezte, hogy hogyan lehet úrrá lenni az AM-ipart akadályozó problémákon.

Az ipari igények változásával a megrendelők egyre inkább olyan megoldásokat keresnek, amelyek kifejezetten az adott, teljesítményre és funkcionalitásra vonatkozó követelményekhez igazodnak. Az AM-technológiák segítenek ezeknek az igényeknek a kielégítésében, hiszen a rétegenkénti építési folyamatnak köszönhetően az AM egyetlen lépésben képes összetett formák és geometriák létrehozására, ezzel felgyorsítja a digitális tervtől a fizikai prototípusig vezető utat, és feleslegessé teszi a speciális öntőformákat vagy szerszámokat. Amikor az alkatrészeknek pontosan illeszkedniük kell szűk helyekre vagy más komponensek mellé, az AM lehetővé teszi a méret- és funkcióellenőrzést a teljes méretű gyártás költsége nélkül – mutat rá Turnbull.

Az AM minden előnye ellenére a Világgazdasági Fórum kutatása azt mutatta ki, hogy a cégek 53 százaléka szerint a technológia bevezetésének legnagyobb akadálya a minőségbiztosítás és a minősítés.

A rétegek gyenge tapadása, valamint a repedések és a deformációk még mindig gyakori problémát jelenthetnek. A nagy volumenű gyártásban, különösen a repülőgép- és autóiparban, már a legkisebb minőségi eltérés is súlyos következményekkel járhat. Ezek a hibák magas költségeket, gyártási késedelmeket és költséges visszahívásokat okozhatnak, vagyis a gyártók jobb rálátással kell rendelkezzenek a saját folyamataikra. A gyártási paraméterek nyomon követése lehetővé teszi, hogy a hibákat még azelőtt felismerjék és javítsák, mielőtt sérülne az alkatrészek szerkezeti integritása vagy teljesítménye.

Az optikai szenzorok részletes képet adnak a felületi jellemzőkről és a belső tulajdonságokról. A monokróm vagy színes CCD- és CMOS-szenzorok képesek észlelni a felületi hibákat és egyenetlenségeket a gyártás során. Bár ezek a technológiák sokat fejlődtek, az AM-folyamatokban még mindig vannak bizonyos korlátaik – hangsúlyozza a szakértő.

A legtöbb szenzorban az érzékelőelemet egy vagy több integrált áramkörrel kombinálják, amelyek interfészként működnek. Ezek az áramkörök végzik a jelátalakítást, a feldolgozási feladatokat, valamint a fényintenzitás elektronikus jellé alakítását. A hagyományos integrált áramkörök azonban gyakran pontatlan jelkezelést végeznek, ami megbízhatatlan adatokat eredményez.

Ez hátrányt jelent a fejlett AM-folyamatokban, ahol a pontos visszajelzés elengedhetetlen a zárt hurkú vezérléshez és az automatizáláshoz.

Az alkalmazásspecifikus integrált áramkör (ASIC) ugyanakkor olyan egyedi chip, amelyet kifejezetten az adott követelményeknek megfelelően lehet tervezni, és lehetővé teszi az optimalizált, chipen belüli adatfeldolgozást, ami ezeket a beállításokat külső rendszerek nélkül is támogatja.

Az ASIC-ek szenzorspecifikus protokollokkal is finomhangolhatók, hogy kiemelkedő képélességet és felbontást biztosítsanak, így a szenzor még a legkisebb eltérést – például porozitást, deformációt vagy apró szerkezeti hibát – is észreveheti egy építési rétegben. Turnbull szerint az ASIC-ek összességében megbízhatóbb adatgyűjtést tesznek lehetővé, és csökkentik a minőségi problémák kockázatát, miközben kisebb a helyigényük, mint más megoldásoknak, ráadásul egy ilyen szenzor könnyebben integrálható meglévő gépekbe.

Az additív gyártás képes egyetlen lépésben összetett alkatrészek gyártására számos anyagból. Ahhoz azonban, hogy ez a technológia széles körben elterjedjen, fejleszteni kell a szenzorrendszereket, és ebben kulcsszerep jut az ASIC-eknek – következtet a szakértő.

Gábor János, NEW technology