CT skenování pro 3D tisk

WENZEL Amerika a NIDEC pokračovat ve svém partnerství s cílem využít potenciál EXACT U zkoumat počítačové tomografy WENZEL zkoumající aditivní výrobu s řízeným zachycením energie (DED). Tento systém, integrovaný do systému LAMDA společnosti NIDEC Machine Tool America, využívá špičkovou technologii ke zpracování i těch nejtvrdších kovů.

Od zavedení aditivní výroby v Japonsku v roce 1987 se vyvinula řada nových aplikací, které využívají různé technologie k přeměně souborů CAD na fyzické 3D objekty. Dnes jsou i vysoce složité objekty a tvary uznávány a široce používány v mnoha průmyslových odvětvích. V tomto článku se podíváme na řízenou separaci energie (DED) a způsoby použití této technologie k zajištění kvality produktu.

LP-DED (Laser Powder-Directed Energy Deposition) je výkonný proces aditivní výroby (AM), při kterém se soustředěný laserový paprsek roztaví a kombinuje kovový prášek vrstvu po vrstvě za účelem vytvoření požadovaného 3D objektu. Kovový prášek je přiváděn do roztaveného bazénu vytvořeného laserem pomocí trysky, což umožňuje přesné umístění materiálu a výrobu komplexních konstrukčních prvků.

Ve srovnání s jinými procesy AM, jako je tavení práškového lože, nabízí LP-DED větší flexibilitu, protože může pracovat přímo na stávajících součástech. Díky tomu je tento proces ideální pro opravy, přidávání prvků k existujícím dílům a výrobu funkčně vrstvených struktur, kde se vlastnosti materiálu v objektu liší. LP-DED může také zpracovávat širší škálu materiálů, včetně kovů, které se obtížně zpracovávají jinými procesy.

‍

Velká výhoda

Klíčovou výhodou systému LAMDA LP-DED společnosti NIDEC je schopnost provádět rozsáhlou aditivní výrobu kovů bez použití kompletní ekologické komory. Toho je dosaženo lokálním stíněním - plynovým pouzdrem, které obklopuje oblast nátěru. Toto stínění minimalizuje interakci laseru a kovového prášku s prostředím, snižuje riziko výparů, postříkání a oxidace. To nejen zjednodušuje nastavení, ale také snižuje náklady a spotřebu energie ve srovnání s komorovými systémy AM.
Významným krokem vpřed je využití monitorování a zpětné vazby v reálném čase NIDEC k řízení procesu. V kombinaci s umělou inteligencí a strojovým učením dokážou systémy LAMDA včas identifikovat anomálie a automaticky zastavit proces dříve, než dojde k poškození součásti.

‍

‍

Díky kombinaci různých materiálů, možností oprav a schopnosti vyrábět ve velkém měřítku je LP-DED cenným nástrojem pro různá průmyslová odvětví, jako je letecký průmysl, automobilový průmysl a energetika. Vzhledem k tomu, že výzkum a vývoj nadále zlepšují řízení procesů a porozumění materiálům, očekává se, že LP-DED bude hrát ještě významnější roli v budoucnosti aditivní výroby.

‍

‍

Průmyslová počítačová tomografie (CT) je pokročilá, nedestruktivní zkušební metoda, která umožňuje detailní vnitřní zobrazení součástí a dokonce proniká do materiálů, jako je kov a plast. V kombinaci s vhodným softwarem se průmyslové CT stává výkonným nástrojem pro strojírenskou a měřicí techniku. Technologie CT existuje již desítky let a umožňuje rychlé kontroly, zviditelňuje vnitřní struktury, které zůstávají skryté konvenčními metodami měření, a tím zvyšuje efektivitu nákladů a produktivitu. Na rozdíl od jiných zkušebních strojů nabízí CT hloubkovou analýzu vnitřních struktur, vlastností materiálu a potenciálních vad.

‍

‍

CT systémy jsou neocenitelné při testování materiálů a nabízejí jedinečnou příležitost odhalit skryté vlastnosti kovů. Zejména u technologie DED (Directed Energy Deposition) je zásadní znát kvalitu materiálu při přidávání nových prvků do stávajících dílů nebo při vytváření funkčně odstupňovaných struktur, ve kterých se materiálové vlastnosti v objektu liší. CT systémy přesně měří hustotu materiálu, což umožňuje vyvodit závěry o pevnosti a trvanlivosti. Mohou také detekovat póry, které by mohly zhoršit výkon materiálu, a praskliny, které nejsou viditelné pouhým okem, ale mohly by způsobit katastrofickou poruchu produktu.

Další důležitou aplikací CT systémů je kontrola rozměrové přesnosti součásti, aby se zajistilo, že splňuje stanovené rozměry a tolerance. Tato schopnost je nezbytná v přesných průmyslových odvětvích. Toho lze dosáhnout porovnáním cílo/skutečného, ve kterém je CAD výkres dílu porovnán se skutečným CT snímáním téhož dílu. V případech, kdy nejsou k dispozici data CAD, lze také porovnat skenovací data referenčního dílu s daty skenování testovaného dílu.

‍

‍

Nejčastějšími vadami, které se vyskytují u DED (Directed Energy Deposition), jsou pórovitost a praskliny. Ty mohou být způsobeny kontaminanty, které jsou zachyceny v komponentě během procesu aditivní výroby. Při analýze procesu DED lze identifikovat potenciální vady, jako je tvorba otřepů, dutiny, praskliny, pórovitost, povrchové linie a zvýšená drsnost povrchu. Takové separační vady představují významné výzvy jak v procesech PBF, tak v DED, a jejich oprava je složitý a náročný úkol. Naštěstí měřením a detekcí těchto vad poskytuje nejnovější CT software cenné informace o nezbytných opravách k zajištění nejvyšší kvality produktů.

‍

pórovitost a dutiny

Pórovitost a dutiny jsou běžnými problémy u aditivně vyráběných litých a lisovaných dílů. Často jsou způsobeny vzduchovými nebo plynovými kapsami, které jsou zachyceny v kovu během tuhnutí, nebo smrštěním kovu, který v něm zanechává dutiny, což je známé jako smršťovací pórovitost. Protože pórovitost sestává ze zachyceného vzduchu, CT analýza jej může identifikovat jako oblast s nižší hustotou, což usnadňuje detekci.

Vhodný software je rozhodující pro přesné stanovení pórovitosti v důsledku kolísání hustoty. Světový pohár | PointMaster by WENZEL je nástroj pro analýzu CT, který identifikuje pórovitosti jednoduchým kliknutím. Umožňuje inženýrovi zajišťování kvality snadno měřit a vizualizovat velikost, tvar a možné shluky pórovitostí. Obsluha může nastavit rozsah velikostí pórovitosti a barevně je kódovat pro snadnou identifikaci, aby se zabránilo detekci příliš malých pórovitostí. CT je zvláště účinné při odhalování zachycených pórovitostí v tištěných částech. Typy pórovitosti zahrnují kontinuální pórovitost, která se rozprostírá po celé části, a slepá pórovitost, která se obvykle vyskytuje na povrchu součásti. Detekce pórovitosti by se měla zaměřit na zpracované oblasti a další kritické, silně namáhané úseky.

Systém CT má určitá omezení, pokud jde o rozlišení a penetrační výkon. Výběr rentgenové trubice, detektoru a umístění objektu v oblasti skenování významně ovlivňují maximální zvětšení a rozlišení. Některé systémy CT nabízejí rozšíření skenovacího pole, která umožňují sloučit více polí a zachytit větší oblast skenování. Rozlišení je také určeno přesností točny, která určuje tloušťku vrstvy skenování.

Velikost voxelu (v) tomografické rekonstrukce lze vypočítat pomocí vzorce v = p M (1), kde p je vzdálenost pixelů detektoru a M je poměr SOD (vzdálenost zdroje k objektu) a SDD (vzdálenost zdroje-detektor). Skutečná hodnota v je však také určena faktory, jako je drift zdroje rentgenového záření, tepelná roztažnost komponent CT, sklon detektoru a sklíčka a další vlivy.

Při optimálním nastavení bychom měli být schopni detekovat a měřit dutiny, ucpání a trhliny v rozmezí od 21 µm do 26 µm s vysokou mírou jistoty. S přesným úhlem je můžeme detekovat ještě lépe. Při měření hran by přechod hustoty neměl být větší než tři pixely a ostrost hrany by měla být v ideálním případě kolem 3 až 4 pixelů.

‍

praskliny a vnitřní zlomeniny

Hledání příčin vzniku trhlin a přesné fáze výrobního procesu může být extrémně složité. Nalezení trhliny a pozorování jejího šíření objektem může poskytnout rozhodující vodítka k vyřešení problému.

V mnoha případech je k přesné identifikaci trhlin v tištěných částech vyžadována technologie CT s vysokým rozlišením, jako je systém eXact. Trhliny jsou často nepravidelné a mohou procházet komponentou v různých směrech. Zvláště důležité je identifikovat praskliny způsobené nerovnoměrným chlazením během výrobního procesu. Podobně jako pórovitosti lze tyto trhliny vizualizovat a obarvit pomocí softwaru WM | PointMaster pro analýzu vlastností materiálu a výrobního procesu. Technologie CT je zvláště užitečná pro studium migrace trhlin v částech, které prošly tahovými zkouškami.

Pozoruhodným příkladem použití CT při studiu migrace trhlin je analýza balistických testů na ochranných vestách. Lze ukázat, jak se polyuretanové vrstvy po balistické zkoušce oddělují při zachování celkové integrity materiálu a jsou schopny odolávat projektilům, jako jsou střely nebo šrapnelové třísky.

Software WM | PointMaster může poskytovat subvoxelová měření CT skenů za účelem vyhodnocení tvaru, pevnosti a účinků trhlin na materiál.

‍

Vnitřní odchylky geometrie

CT skenování poskytuje podrobné údaje o vnitřní a vnější straně nejsložitějších částí. Po demolici jsou plastové díly často deformovány v důsledku smrštění a známek zkreslení. Aby se zabránilo těmto účinkům, kompenzované lisování se obvykle provádí během procesu vstřikování. Plastová část je nejprve uvedena do „špatného“ tvaru, takže po ochlazení, smrštění a deformaci se stane požadovaným konečným tvarem a co nejblíže požadovanému tvaru.

Geometrie nástroje se tradičně upravuje iterativním následným zpracováním (frézováním, broušením nebo erodováním). Tento proces je však složitý a může mít za následek, že formu již nebude možné znovu použít.

Při virtuální deformaci lze deformační specifikace odvodit ze simulačních systémů nebo výsledků měření skutečně naskenovaných komponent. To umožňuje WM | PointMaster automaticky vypočítat výsledek deformace s přihlédnutím k faktorům, jako jsou místní objemy, smrštění a zkušenosti výrobce nástrojů. Automaticky vypočítaná geometrie kompenzovaná deformací je poté zpracována pomocí výkonných funkcí návratu povrchu WM | PointMaster a Světový pohár | Quartis převedeno na CAD modely povrchů, do kterých jsou integrována existující data nástroje.

U kritických, aditivně vyráběných komponent nabízí řada WENZEL EXACT přesné měření vnitřní a vnější geometrie a spolehlivou detekci poruch. Podívejte se na toto krátké video, kde najdete grafický přehled tohoto cenného nástroje.

‍