宾夕法尼亚州立大学（PSU）已从科学技术公司3M获得了价值180,000美元的赠款， 用于探索金属3D打印的质量控制方法。

该赠款可延期三年，总额达540,000美元，是双方之间达成的一项协议的一部分，以推动对增材制造和其他活动的研究。

“3M正在为这笔赠款提供资金，但更重要的是，该公司将成为该项目的紧密合作者，”地球与矿物科学学院材料科学与工程系首席研究员兼副教授艾里森·比斯（Allison Beese）说。“宾夕法尼亚州立大学的研究人员将确保科学严谨，而工业增材制造领域的领导者3M将指导行业相关性，并继续在3M与宾夕法尼亚州立大学之间建立牢固的伙伴关系。”

PSU研究人员演示了用于分析波传播数据的技术。图片来自Andrea Arguelles / Penn State。

宾夕法尼亚州立大学和3D打印

除了启动自己的研究生课程以帮助工程师解决3D打印领域出现的法律问题外，PSU在过去几年中还开展了各种增材制造研究项目。

在2018年，PSU研究人员创造了一种新颖的3D打印方法来创建具有微孔的组织构建块，涉及从人类脂肪中提取的3D打印干细胞与海藻中的藻酸钠致孔剂混合而成。不久之后，宾夕法尼亚州立大学的另一个研究小组找到了一种使用高精度纳米级3D打印使LED灯泡发出的光量最大化的方法。

最近，PSU在参加NASA的3D打印的火星人居挑战赛后获得了75,000美元的资金，用于开发其3D打印混凝土系统。这个多学科团队的目标是使用这笔款项来设计高性能，可持续发展的混凝土，并使用一种新型的水泥基混合物在其六轴机器人增材制造机器中使用。

PSU 3D打印火星人居挑战赛团队的成员测试他们的3D打印系统。通过PSU拍摄。

评估3D打印零件的质量控制

PSU团队将使用无损评估（NDE）方法评估3D打印的零件，该零件或系统在未经损坏的情况下进行了测试。特别是，该团队将专注于研究粘合剂喷射的质量控制方法，该方法是将粉末颗粒和粘合剂的重复层结合在一起的增材制造工艺。

当前，评估过程涉及测试样品零件的属性，以确定整个批次是否足够且安全使用。如果零件通过或未通过这些测试，则很少对其进行进一步评估，并且很大程度上无法查明原因。

Beese补充说：“我们正在尝试对如何将粘结剂喷射过程与零件的微观结构和质量联系起来，进行详细的科学理解。” “最终，某人应该能够使用NDE来评估零件，以确定该零件是否适合使用，并且确切地知道其微观结构中的哪些会导致良好或不良的性能。”

因此，研究人员将探索所用工艺，零件的微观结构及其机械性能之间的联系，以更清楚地了解故障原因以及如何改进制造方法。

宾夕法尼亚州立大学工程学院所在的信息科学与技术大楼。图片来自宾夕法尼亚州立大学。

超声波无损检测

在整个调查过程中，PSU团队将使用超声波NDE，这涉及将超声波发送到材料中并观察其运动。这样，研究人员将能够识别影响其机械性能的零件的微观特征和缺陷。

使用超声波NDE将帮助团队在性能失败或成功发生之前对其进行预测，并允许他们从结果中得出结论。了解过程，结构，特性和性能（PSPP）之间的联系还将提供有关如何通过更改材料和制造过程来重新设计和优化零件的见解。

“我们的目标是开发将超声波测量与微观结构联系起来的模型，并与Beese博士合作，将微观结构分析与力学性能联系起来，” PSU工程学和力学副教授，工程学和力学助理教授Andrea Arguelles说。“我们的最终目标是开发一种超声波方法和模型，为制造商提供零件性能的预测。”

Christopher Kube将与Arguelles和Beese共同担任工程科学和力学的副教授兼助理教授，他相信在整个项目中使用超声波NDE将提供新颖的结果。

他说：“超声是评估已经制造的结构部件质量的传统工具。” “但是，该项目的独特之处在于，超声波在材料开发过程中被并行使用，以加速向高质量的结构部件发展。”