Die additive Fertigung (AF) von Metallen bringt komplexe physikalische Phänomene ins Spiel, die quantifiziert werden müssen, um die Qualität des Endprodukts zu beherrschen. Die Idee der Forscher des CEA-List war es, Sensoren im Herzen der Metallteile zu platzieren, die sich in der additiven Fertigung befinden, und zwar so nah wie möglich am Schmelzbad, um die Mechanismen zu verstehen, die bei diesem immer weiter verbreiteten industriellen Verfahren eine Rolle spielen.
Bragg-Gitter sind in die Achse einer optischen Faser geätzte Muster, die das von einem Laser ausgesandte Licht in einer von der Temperatur und den umgebenden Verformungen abhängigen Wellenlänge reflektieren. Die Integration solcher Gitter in den Kern von Metallstrukturen liefert daher wertvolle Hinweise auf die Auswirkungen der Belastungen, denen sie ausgesetzt sind, wie z. B. ihre lokale Verformung während des Herstellungsprozesses und darüber hinaus.
Um die Technik auf metallisches FA anzuwenden, verwendeten die Forscher des CEA-List in Partnerschaft mit der Energiedirektion des CEA über die Samanta-Plattform für metallische additive Fertigung Bragg-Gitter, die besonders resistent gegen hohe Temperaturen sind: Das Glas wird durch einen sogenannten Femtosekundenlaser strukturiert, der verwendet wird, um im Inneren der Faser Mikroblasenketten zu bilden. Auf diese Weise werden die Beugungsgitter nicht mit der Temperatur ausgelöscht, wie es bei herkömmlichen Bragg-Gittern der Fall ist. Die strukturierten Fasern werden dann während des Herstellungsprozesses im Kern des Bauteils positioniert.
Durch die Versenkung der Sensoren konnten die Forscher Temperaturen von fast 700 °C in einem Abstand von nur einigen Dutzend Mikrometern von der Schmelze messen, und das bei einer Frequenz von 5 kHz, die es ermöglicht, den Herstellungsprozess eines Teils in situ und dynamisch zu verfolgen. Die Sensoren werden auch während der gesamten Lebensdauer des Teils abgefragt, um die Entwicklung seines Gesundheitszustands zu verfolgen (Exposition gegenüber Vibrationen, hohen Temperaturen, Vorhandensein von Verformungen...).
Die Technologie ist nachweislich von Interesse für die Überwachung von Teilen in kritischen Umgebungen wie in der Luft- und Raumfahrt, der Atomindustrie, der Öl- und Gasindustrie usw.
Besuchen Sie die Website :
list.cea.de