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Quality Evaluation of Additive Manufacturing Components Based on Zero-Group-Velocity Lamb Waves

  • 01.09.2025
Erschienen in:

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Abstract

Dieser Artikel untersucht die Qualitätsbewertung von Komponenten der additiven Fertigung (AM) unter Verwendung von Lamm-Wellen (zero-group-velocity, ZGV), einem neuartigen Ansatz, der hohe Sensitivität und lokale Erkennungskapazitäten bietet. Die Studie untersucht die einzigartigen Eigenschaften der ZGV-Modi, die Energie innerhalb einer lokalisierten Zone einschränken und sich daher ideal zur Beurteilung der Qualität von AM-Komponenten eignen. Mittels Frequenzdomänen- und Zeitdomänen- Finite-Elemente-Methoden (FE) werden das Reaktionsspektrum und die Verschiebungsverteilung des S1-ZGV-Modus in einer AM-Komponente analysiert. Die Ausbreitungseigenschaften des S1-ZGV-Modus werden unter verschiedenen Qualitätsniveaus untersucht, die durch Variationen im Young-Modul gekennzeichnet sind. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass die Häufigkeit und die spektrale Amplitude (SA) des S1-ZGV-Modus mit abnehmendem Qualitätsniveau monoton abnehmen, wobei der SA-Wert bei der anfänglichen S1-ZGV-Häufigkeit besonders deutlich abnimmt. Zur Verifizierung der Simulationsergebnisse wird ein Versuchssystem mit luftgekoppelten Ultraschallsensoren aufgebaut. Die erfassten Signale bestätigen das Vorhandensein des Modus S1-ZGV, und die Veränderungen im Modus S1-ZGV an verschiedenen erfassten Positionen der AM-Komponente werden untersucht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die SA der anfänglichen S1-ZGV-Frequenz an verschiedenen nachgewiesenen Positionen signifikantere Veränderungen aufweist als herkömmliche lineare Ultraschalltechniken, die auf der Messung der Wellengeschwindigkeit beruhen. Diese Methode bietet eine zuverlässige und effektive Möglichkeit, die Qualität von AM-Bauteilen aus AlSi10Mg zu beurteilen, und bietet wertvolle Erkenntnisse für die Beurteilung von Bauteilen aus anderen Materialien.

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Titel
Quality Evaluation of Additive Manufacturing Components Based on Zero-Group-Velocity Lamb Waves
Verfasst von
Meng Ren
Xiangdi Meng
Mingxi Deng
Publikationsdatum
01.09.2025
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Nondestructive Evaluation / Ausgabe 3/2025
Print ISSN: 0195-9298
Elektronische ISSN: 1573-4862
DOI
https://doi.org/10.1007/s10921-025-01246-1
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