Tomografía computarizada industrial WENZEL en Nidec Machine Tool
WENZEL América y NIDEC continuar su asociación para aprovechar el potencial de eXact U para investigar los tomógrafos computarizados WENZEL que investigan la fabricación aditiva con captura de energía dirigida (DED). Este sistema, integrado en el sistema LAMDA de NIDEC Machine Tool America, utiliza tecnología de vanguardia para procesar incluso los metales más duros.
Desde la introducción de la fabricación aditiva en Japón en 1987, se han desarrollado numerosas aplicaciones nuevas que utilizan diversas tecnologías para convertir los archivos CAD en objetos 3D físicos. Hoy en día, incluso los objetos y formas muy complejos son reconocidos y se utilizan ampliamente en muchos sectores. En este artículo, analizamos la separación de energía dirigida (DED) y las formas de utilizar esta tecnología para garantizar la calidad del producto.
El LP-DED (deposición de energía dirigida por láser en polvo) es un potente proceso de fabricación aditiva (AM) en el que un rayo láser enfocado se funde y combina polvo metálico capa por capa para producir el objeto 3D deseado. El polvo metálico se introduce en la piscina fundida creada por el láser a través de una boquilla, lo que permite colocar el material con precisión y producir características de diseño complejas.
En comparación con otros procesos de fabricación aditiva, como la fusión en lecho de polvo, el LP-DED ofrece una mayor flexibilidad, ya que puede trabajar directamente en los componentes existentes. Esto hace que el proceso sea ideal para realizar reparaciones, agregar funciones a las piezas existentes y producir estructuras escalonadas de manera funcional en las que las propiedades del material varían dentro del objeto. El LP-DED también puede procesar una gama más amplia de materiales, incluidos metales que son difíciles de procesar con otros procesos.
Una ventaja clave del sistema LAMDA LP-DED de NIDEC es la capacidad de llevar a cabo la fabricación aditiva de metales a gran escala sin el uso de una cámara ambiental completa. Esto se logra mediante un blindaje local, es decir, una carcasa de gas que rodea la zona de recubrimiento. Este blindaje minimiza la interacción del láser y del polvo metálico con el medio ambiente, lo que reduce el riesgo de vapores, salpicaduras y oxidación. Esto no solo simplifica la configuración, sino que también reduce los costos y el consumo de energía en comparación con los sistemas AM basados en cámaras.
Un importante paso adelante es el uso por parte de NIDEC del monitoreo y la retroalimentación en tiempo real para controlar el proceso. En combinación con la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, los sistemas LAMDA pueden identificar las anomalías desde el principio y detener automáticamente el proceso antes de que se dañe el componente.
Gracias a la combinación de una variedad de materiales, opciones de reparación y la capacidad de fabricar a gran escala, el LP-DED es una herramienta valiosa para diversas industrias, como los sectores aeroespacial, automotriz y energético. A medida que la investigación y el desarrollo sigan mejorando el control de los procesos y la comprensión de los materiales, se espera que el LP-DED desempeñe un papel aún más importante en el futuro de la fabricación aditiva.
La tomografía computarizada (TC) industrial es un método de prueba avanzado y no destructivo que permite obtener vistas internas detalladas de los componentes e incluso penetra en materiales como el metal y el plástico. En combinación con el software adecuado, la tomografía computarizada industrial se convierte en una poderosa herramienta para la tecnología de ingeniería y medición. La tecnología de tomografía computarizada existe desde hace décadas y permite realizar inspecciones rápidas, hace visibles las estructuras internas que permanecen ocultas con los métodos de medición convencionales y, por lo tanto, mejora la rentabilidad y la productividad. A diferencia de otras máquinas de ensayo, la tomografía computarizada ofrece un análisis en profundidad de las estructuras internas, las propiedades de los materiales y los posibles defectos.
Los sistemas de tomografía computarizada tienen un valor incalculable en las pruebas de materiales y ofrecen una oportunidad única para descubrir las características ocultas de los metales. Especialmente en el caso de la tecnología DED (deposición energética dirigida), es fundamental conocer la calidad del material a la hora de añadir nuevas características a las piezas existentes o crear estructuras graduadas funcionalmente en las que las propiedades del material varíen dentro del objeto. Los sistemas de tomografía computarizada miden la densidad del material con precisión, lo que permite extraer conclusiones sobre la resistencia y la durabilidad. También pueden detectar poros que podrían perjudicar el rendimiento del material y grietas que no son visibles a simple vista pero que podrían provocar un fallo catastrófico del producto.
Otra aplicación importante de los sistemas de tomografía computarizada es comprobar la precisión dimensional de un componente para garantizar que cumple con las dimensiones y tolerancias especificadas. Esta capacidad es esencial en las industrias de precisión. Esto se puede lograr mediante una comparación entre el objetivo y el real, en la que el dibujo CAD de la pieza se compara con la tomografía computarizada real de la misma pieza. En los casos en que los datos CAD no estén disponibles, los datos escaneados de una pieza de referencia también se pueden comparar con los datos escaneados de la pieza que se va a probar.
Los defectos más comunes que se producen con la DED (deposición de energía dirigida) son la porosidad y las grietas. Estos pueden deberse a contaminantes que quedan atrapados en el componente durante el proceso de fabricación aditiva. Al analizar el proceso de DED, se pueden identificar posibles defectos, como la formación de rebabas, cavidades, grietas, porosidad, líneas superficiales y una mayor rugosidad de la superficie. Estos defectos de separación plantean desafíos importantes tanto en los procesos de PBF como en los de DED, y su reparación es una tarea compleja y exigente. Afortunadamente, al medir y detectar estos defectos, el software de tomografía computarizada más reciente proporciona información valiosa sobre las correcciones necesarias para garantizar productos de la más alta calidad.
La porosidad y las cavidades son problemas comunes con las piezas fundidas y moldeadas fabricadas de forma aditiva. A menudo son causadas por bolsas de aire o gas que quedan atrapadas en el metal durante la solidificación, o por el encogimiento del metal que deja cavidades en su interior, lo que se conoce como porosidad por contracción. Como la porosidad consiste en aire atrapado, el análisis por tomografía computarizada puede identificarla como un área de menor densidad, lo que facilita la detección.
Un software adecuado es crucial para la determinación precisa de la porosidad debido a las fluctuaciones de densidad. Copa del Mundo | PointMaster de WENZEL es una herramienta de análisis por tomografía computarizada que identifica las porosidades con un simple clic. Permite al ingeniero de control de calidad medir y visualizar fácilmente el tamaño, la forma y los posibles grupos de porosidades. El operador puede establecer un rango para los tamaños de porosidad y codificarlos con colores para identificarlos fácilmente y evitar la detección de porosidades demasiado pequeñas. La tomografía computarizada es particularmente eficaz para revelar las porosidades atrapadas en las piezas impresas. Los tipos de porosidad incluyen la porosidad continua, que se extiende por toda la pieza, y la porosidad ciega, que normalmente se produce en una superficie de la pieza. La detección de la porosidad debe centrarse en las áreas trabajadas y otras secciones críticas sometidas a grandes tensiones.
El sistema CT tiene ciertas limitaciones en términos de resolución y rendimiento de penetración. La selección del tubo de rayos X, el detector y la posición del objeto en el área de escaneo influyen significativamente en la máxima ampliación y resolución. Algunos sistemas de tomografía computarizada ofrecen extensiones de campo de escaneo que permiten combinar varios campos para capturar un área de escaneo más grande. La resolución también viene determinada por la precisión del tocadiscos, que determina el grosor de la capa escaneada.
El tamaño del vóxel (v) de una reconstrucción tomográfica se puede calcular utilizando la fórmula v = p M (1), donde p es la distancia entre los píxeles del detector y M es la relación entre SOD (distancia de fuente a objeto) y SDD (distancia de fuente a detector). Sin embargo, el valor real de v también está determinado por factores como la deriva de la fuente de rayos X, la expansión térmica de los componentes del CT, la inclinación del detector y la corredera, y otras influencias.
Con la configuración óptima, deberíamos poder detectar y medir cavidades, obstrucciones y grietas de entre 21 µm y 26 µm con un alto grado de certeza. Con un ángulo preciso, podemos detectarlos aún mejor. Al medir bordes, la transición de densidad no debe superar los tres píxeles y, idealmente, la nitidez de un borde debería rondar los 3 o 4 píxeles.
La búsqueda de las causas de la formación de grietas y la fase exacta del proceso de fabricación puede ser extremadamente compleja. Encontrar la grieta y observar su propagación a través del objeto puede proporcionar pistas decisivas para resolver el problema.
En muchos casos, se requiere una tecnología de tomografía computarizada de alta resolución, como el sistema eXact, para identificar con precisión las grietas en las piezas impresas. Las grietas suelen ser irregulares y pueden atravesar un componente en varias direcciones. Es particularmente importante identificar las grietas causadas por un enfriamiento irregular durante el proceso de fabricación. Al igual que las porosidades, estas grietas se pueden visualizar y colorear con el software WM | PointMaster para analizar las propiedades del material y el proceso de fabricación. La tecnología de tomografía computarizada es particularmente útil para estudiar la migración de grietas en piezas que se han sometido a pruebas de tracción.
Un ejemplo notable del uso de la tomografía computarizada para estudiar la migración de grietas es el análisis de las pruebas balísticas de los chalecos de protección. Se puede demostrar cómo las capas de poliuretano se separan después de un ensayo balístico, manteniendo la integridad general del material y siendo capaces de resistir proyectiles como balas o fragmentos de metralla.
El software WM | PointMaster puede proporcionar mediciones subvóxeles de tomografías computarizadas para evaluar la forma, la resistencia y los efectos de las grietas en el material.
La tomografía computarizada proporciona datos detallados sobre los lados interno y externo de las partes más complejas. Después del desmoldeo, las piezas de plástico suelen deformarse debido a la contracción y a los signos de distorsión. Para contrarrestar estos efectos, el moldeo compensado se suele realizar durante el proceso de moldeo por inyección. Primero se coloca la pieza de plástico en una forma «incorrecta» para que, después de enfriarse, encogerse y deformarse, adquiera la forma final deseada y se acerque lo más posible a la forma deseada.
Tradicionalmente, la geometría de la herramienta se ajusta mediante un posprocesamiento iterativo (fresado, rectificado o erosión). Sin embargo, este proceso es complejo y puede provocar que el molde ya no pueda reutilizarse.
Con la deformación virtual, las especificaciones de deformación se pueden derivar de los sistemas de simulación o de los resultados de medición de los componentes realmente escaneados. Esto permite a WM | PointMaster calcular automáticamente el resultado de la deformación, teniendo en cuenta factores como los volúmenes locales, la contracción y la experiencia del fabricante de herramientas. La geometría calculada automáticamente y compensada por la deformación se procesa a continuación mediante las potentes funciones de recuperación de superficie de WM | PointMaster y Copa del Mundo | Quartis convertidos en modelos de superficie CAD, en los que se integran los datos de la herramienta existente.
Para los componentes críticos fabricados de forma aditiva, la serie WENZEL EXACT ofrece mediciones precisas de la geometría interna y externa, así como una detección fiable de fallos. Vea este breve vídeo para obtener una descripción gráfica de esta valiosa herramienta.
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