塑料3D打印技术在制造中的应用日益广泛，但3D打印零件或产品中可能存在肉眼不可见的缺陷，或者是存在打印层缺失的问题。这些缺陷将损害并削弱3D打印产品的结构完整性，从而导致故障的发生。
美国范德堡大学(Vanderbilt University) 的一个研究团队，找到一种快速检测到3D打印塑料件缺陷的方法，通过这种方法研究团队能够在几秒中用无损检测方法找到3D打印塑料件中缺陷。这一技术的关键在于，在3D打印聚合物长丝材料中，添加一种金纳米粒子。
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利用黄金的光学特性，“点亮”3D打印件中的缺陷
范德堡大学研究团队的具体方法是将金纳米颗粒掺入聚（乳酸）聚合物主体基质中，制造出与3D打印机兼容的长丝。
与溶液中纳米颗粒的Beer-Lambert定律（比尔定律）一致，研究团队观察到吸光度强度与打印层总数之间的线性关系，然后分析吸光度强度的变化，通过非破坏性方法，识别3D打印零件中小至0.2mm的材料缺陷，以及缺陷的位置和程度。
在基于该研究发表的论文中，研究团队指出，这项研究中的新发现为开发未来纳米粒子/纳米材料，3D打印功能化“智能”材料提供了关键的见解和考虑因素。
图片来源：ACS Publications
论文的作者之一，范德堡大学土木工程博士生Cole Brubaker表示，研究团队将金纳米粒子嵌入聚合物打印材料中，并研究它们是否有助于标记这些缺陷。在研究中使用的纳米金颗粒比人类的头发薄10万倍，类似于黄金首饰中的金色，但是它们具有独特的光学特性，并且该特性不会随着时间的推移而降低。
研究团队使用新方法将纳米金颗粒与溶解的塑料聚合物混合，将金粒子分散在整个介质中。当混合材料干燥和硬化时，将塑料挤出或压制成金纳米粒子填充的聚合物长丝或薄管，这些材料可以在标准3D打印机中使用。
在使用这种材料完成3D打印后，3D打印零件被放入特殊的紫外-可见分光光度计中检查是否有缺陷。利用材料中的金纳米粒子吸光度的特性，研究团队只需在3D打印塑料件表面进行扫描，那些内部吸光度下降的位置表明该位置的材料存在缺陷。
这种通过一次性非破坏性检测发现3D打印件缺陷的检测方法，速度很快，通常只需几秒钟。
了解到，研究团队已证明通过这一方法3D打印零件能够“自我报告”存在的缺陷，研究团队正在利用这一“智能”材料拓展更多的可能性。
相关研究论文 Nondestructive Evaluation and Detection of Defects in 3D Printed Materials Using the Optical Properties of Gold Nanoparticles， 发表在Applied Nano Materials 期刊中。
Review
范德堡大学研究团队找到的3D打印塑料件快速无损检测的方法属于一种过程后质量检测方法。
实现3D打印塑料件的质量控制还有另一种方式是过程中质量控制，即在3D打印机中嵌入系统，并与智能制造软件相连接，对打印过程进行实时诊断，当诊断到质量问题时，能够远程停止打印，避免不必要的打印时间、材料的浪费。
根据 的市场研究，美国硅谷的高科技企业Authentise开发了一款 3Diax Machine Analytics 软件，该软件具有实时监控3D打印设备的功能，以及收集和展示关键信息的功能，包括设备利用率和打印材料使用情况，在故障发生时及时通知客户等功能，这些功能将提高增材制造生产效率。
3Diax Machine Analytics 能够自动捕获3D打印过程中产生的大量数据，软件中的机器学习算法将对这些数据进行分析，即利用人工智能技术来分析数据，作为进一步实现制造自动化的基础。
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