Компьютерное моделирование дифракции миллиметровых электромагнитных волн для выявления внутренних дефектов изделий, выполненных по аддитивной технологии

Аннотация

В статье предлагается компьютерная модель и описание метода использования электромагнитных волн с длиной 0,1-1 мм для выявления внутренних дефектов изделий, выполненных по аддитивным технологиям. С помощью предложенной модели демонстрируется возможность бесконтактного неразрушающего контроля качества по дифракционным картинам. В настоящее время аддитивные технологии, и в частности печать на трехмерных принтерах, используют для получения изделия материалы, многие из которых свободно пропускают терагерцовое излучение (частота 3·1011-3·1012 Гц, длина волны 0,1-1 мм). В то же время дефекты, возникающие в изделиях при аддитивном производстве, имеют размеры того же порядка (0,1-1 мм), что и терагерцовые волны. Следовательно, при облучении изделий с такими дефектами монохромным миллиметровым излучением будет возникать дифракция Френеля. Это позволяет использовать дифракционный метод контроля качества изделий, выполненных методом трехмерной печати. В статье описаны схема проведения контроля, алгоритм моделирования дифракционных картин с использованием выражения Релея-Зоммерфельда и компьютерная программа, реализующая указанный алгоритм. Приведены результаты определения размеров и расположения дефектов в изделиях по дифракционным картинам. Рассматривается компьютерная модель такого дифракционного метода, который может быть реализован в виде аппаратно-программных средств, позволяющих автоматизировать процесс контроля, обеспечить его низкую себестоимость, безопасность (учитывая свойства электромагнитного излучения указанного диапазона длин волн) и может конкурировать с методами электромагнитной и звуковой томографии.

Abstract

The article describes the computer model of using electromagnetic waves with lengths from 0.1 mm to 1 mm for detection of internal defects of products made by additive technology. Now additive technology and 3D printing use materials transparent for terahertz waves (frequency 3·1011-3·1012 Hz, wave length 0.1-1 mm). At the same time, defects in 3D printed products have sizes like a terahertz wave’s length. Thus the Fresnel diffraction can be observed during illumination of a product with the same defects by monochromatic milliwaves. Thereby the simulated diffraction method for 3D printed products quality checking can be applied. In this article the checking scheme, the diffraction pattern modeling algorithm using the Rayleigh – Sommerfeld integral, and the computer programme for this algorithm are described. The determination of sizes and positions of defects in products using diffraction patterns is shown. The proposed diffraction method is fully automated and low-cost, uses safety electromagnetic radiation and can compete with tomography methods.