Desenvolupament i implementació de tècniques de microscòpia òptica per la mesura 3D de superfícies de manufactura additiva
Uloženo v:
| Název: | Desenvolupament i implementació de tècniques de microscòpia òptica per la mesura 3D de superfícies de manufactura additiva |
|---|---|
| Autoři: | Vilar Solé, Narcís |
| Přispěvatelé: | University/Department: Universitat de Barcelona. Facultat de Física |
| Thesis Advisors: | Duocastella Solà, Martí, Carles, Guillem |
| Zdroj: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Informace o vydavateli: | Universitat de Barcelona, 2025. |
| Rok vydání: | 2025 |
| Fyzický popis: | 190 p. |
| Témata: | Òptica, Óptica, Optics, Microscòpia, Microscopía, Microscopy, Impressió 3D, Three-dimensional printing, Mesurament, Medición, Mensuration, Ciències Experimentals i Matemàtiques |
| Popis: | Programa de Doctorat en Nanociències |
| Description (Translated): | [cat] La manufactura additiva ha revolucionat els paradigmes tradicionals de fabricació, oferint una llibertat de disseny i unes capacitats de personalització sense precedents. No obstant això, les complexitats inherents a aquests processos de manufactura requereixen tècniques de metrologia òptica precises i fiables per garantir la integritat dels components fabricats. Aquesta tesi està enfocada en la investigació de la metrologia òptica tradicional i d’avantguarda, introduint tècniques i sistemes òptics innovadors dissenyats per abordar els desafiaments de la fabricació additiva. L’estudi comença amb una anàlisi dels processos de fabricació additiva existents, avaluant-ne els punts forts i febles. Posteriorment, es valoren les tècniques de metrologia més avançades, identificant-ne les limitacions per capturar geometries intrincades i propietats dels materials de fabricació additiva. Per abordar les limitacions crítiques de la metrologia tradicional en la manufactura additiva, aquesta tesi introdueix un nou sistema òptic que millora l’eficiència i la velocitat de mesura. La metrologia tradicional afronta reptes com l’elevada rugositat superficial i les variacions en la reflectivitat, que dificulten la precisió i l’escalabilitat en els processos de manufactura additiva. El sistema proposat integra un disseny òptic personalitzat, incloent-hi una lent de tub dissenyada a mida per mitigar aquests desafiaments. Amb aquesta millora en les capacitats de microscòpia, aquesta tesi tanca la bretxa entre les tècniques de metrologia existents i els requisits creixents de la manufactura additiva. A més, es presenten diversos dissenys òptics per a un objectiu de microscopi, especialment personalitzats per abordar els reptes únics en la inspecció de peces fabricades additivament. A la segona part es presenta una tècnica innovadora de metrologia òptica que permet velocitats de captura topogràfica sense precedents, superant significativa-ment el rendiment dels mètodes convencionals. La integració d’aquest mètode en els fluxos de treball de la manufactura additiva es facilita mitjançant tècniques del control del focus axial, com l’enfocament remot i les lents varifocals. A més, la recerca explora els principis fonamentals del mètode, aprofitant propietats òptiques com la interferència i la polarització, alhora que es demostra la seva versatilitat mitjançant la implementació en un microscopi confocal. Aquestes aportacions milloren col·lectivament l’estat de l’art en la metrologia òptica. En conclusió, aquesta tesi doctoral fa contribucions significatives als camps de la fabricació additiva i la metrologia òptica a través d’avanços innovadors en sistemes òptics, el desenvolupament de dissenys d’objectius de microscopi personalitzats i la introducció d’una nova tècnica de metrologia òptica per a la captura topogràfica. [eng] Additive Manufacturing has revolutionized traditional manufacturing paradigms, providing unparalleled design freedom and customization capabilities. However, the inherent complexities of AM processes demand precise and reliable optical metro-logy techniques to ensure the integrity of the manufactured components. This thesis investigates traditional and cutting-edge metrological approaches, introducing no-vel techniques and optical systems designed to address the evolving challenges of additive manufacturing. The study begins with an analysis of existing AM processes, assessing their strengths and weaknesses. Subsequently, state-of-the-art metrology techniques are evaluated, identifying their limitations in capturing intricate geometries and material properties specific to additive manufacturing. To address the critical limitations of traditional metrology in additive manu-facturing, this thesis introduces a novel optical system that enhances measurement efficiency and speed. Traditional metrology struggles with challenges such as high surface roughness and variations in reflectivity, which hinder precision and scalabi-lity in advanced manufacturing processes. The proposed system integrates a tailored optical design, including a custom tube lens specifically engineered to mitigate these challenges. By advancing microscopy capabilities, this work bridges the gap between existing metrology techniques and the evolving requirements of AM. Additionally, are presented various optical designs for a microscope objective, specially customized to address the unique challenges of inspecting additively manufactured parts. In the second part is presented an innovative optical metrology technique that enables unprecedented topographic imaging speeds, significantly surpassing the per-formance of conventional methods. The integration of this method into additive ma-nufacturing workflows is facilitated by axial focus control techniques, such as remote focusing and tunable lenses. Furthermore, the research delves into the fundamental principles of the method, leveraging interference and polarization effects, while also demonstrating its versatility through implementation in confocal microscopy. These contributions collectively advance the state of the art in optical metrology. In conclusion, this Ph.D. thesis makes significant contributions to the fields of additive manufacturing and optical metrology through innovative advancements in optical systems, the development of tailored microscope objective designs, and the introduction of a novel optical metrology technique for rapid and precise topographic imaging. |
| Druh dokumentu: | Dissertation/Thesis |
| Popis souboru: | application/pdf |
| Jazyk: | Catalan; Valencian |
| Přístupová URL adresa: | http://hdl.handle.net/10803/695961 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| Přístupové číslo: | edstdx.10803.695961 |
| Databáze: | TDX |
| Abstrakt: | Programa de Doctorat en Nanociències |
|---|