(图自:Corrie Stookey / CEAS Marketing,via New Atlas)
作为对比,传统工艺是将一个较大的固体金属块加工成较小的零部件,因此能够相对轻松地对其展开超声波检查,以防止其中有裂缝或其它不规则的瑕疵。
遗憾的是,若尝试对 3D 打印金属部件进行超声波检查,那些声波可能被其表面的曲线以一定的角度反弹开,结果导致内部的缺陷被掩盖。
好消息是,若将 3D 打印金属部件浸入与其密度相似的材料中,超声波就可以无阻碍地穿越表面,而仅反射出其中的缺陷。
辛辛那提大学航空航天工程教授 Francesco Simonetti 发现,冰块可以作为一种耦合介质(coupling medium)。在实验室中,其成功地借助通过亚马逊网购的现成钻台进行了测试。
首先,他们将 3D 打印金属物体冻结在冰块中,然后通过超声波穿过该“圆筒”去探查金属部件的“内伤”。不过需要指出的是,冰块不能包含任何不规则的裂缝或气泡,其本身必须是晶莹剔透的。
据悉,裂缝通常会在水从容器外部向内冻结时产生。由于核心部分会反向冻结和膨胀,导致围绕液芯的冰壳出现碎裂缝隙。
为防止这种情况的发生,Simonetti 先将 3D 打印部件置入空的圆筒,用水进行填充。然后在圆筒底部使用金属板,从底部向上地对水进行冷却。
结果就是,水汽从底部开始冻结(而不是侧面),膨胀到容器的开放和非约束的顶部。消除了内部的压力,因此没有形成裂缝。
此外为了防止气泡的形成,需要在冷却的过程中对水进行机械搅拌,使得水中溶解的空气不会沿着‘冷冻的前沿方向’形成气泡(这是刚形成的冰与仍然液态的水相遇的区域)。
需要指出的是,尽管由此产生的超清冰作为耦合介质的效果已经很不错,但还不够完美。为此,Simonetti 计划尝试在水中添加纳米颗粒悬浮液,从而产生重量和强度更高、更接近于金属密度的冰。