Tomographie assistée par ordinateur industrielle WENZEL chez Nidec Machine Tool
WENZEL Amérique et NIDEC poursuivre leur partenariat pour exploiter le potentiel de Exact U pour étudier les tomographes informatiques WENZEL faisant des recherches sur la fabrication additive avec capture d'énergie dirigée (DED). Ce système, intégré au système LAMDA de NIDEC Machine Tool America, utilise une technologie de pointe pour traiter même les métaux les plus durs.
Depuis l'introduction de la fabrication additive au Japon en 1987, de nombreuses nouvelles applications utilisant diverses technologies ont été développées pour transformer des fichiers CAO en objets 3D physiques. Aujourd'hui, même les objets et les formes les plus complexes sont reconnus et largement utilisés dans de nombreuses industries. Dans cet article, nous examinons la séparation d'énergie dirigée (DED) et les moyens d'utiliser cette technologie pour garantir la qualité des produits.
Le LP-DED (Laser Powder-Directed Energy Deposition) est un puissant procédé de fabrication additive (AM) dans lequel un faisceau laser focalisé fond et combine de la poudre métallique couche par couche pour produire l'objet 3D souhaité. La poudre métallique est introduite dans le bain de fusion créé par le laser via une buse, ce qui permet un placement précis du matériau et la production de caractéristiques de conception complexes.
Comparé à d'autres procédés de fabrication additive tels que la fusion sur lit de poudre, le LP-DED offre une plus grande flexibilité car il peut fonctionner directement sur des composants existants. Le procédé est donc idéal pour les réparations, l'ajout de caractéristiques à des pièces existantes et la production de structures fonctionnelles à plusieurs niveaux où les propriétés des matériaux varient au sein de l'objet. Le LP-DED peut également traiter une plus large gamme de matériaux, y compris des métaux difficiles à traiter avec d'autres procédés.
L'un des principaux avantages du système LAMDA LP-DED de NIDEC est sa capacité à réaliser une fabrication additive à grande échelle de métaux sans utiliser de chambre environnementale complète. Ceci est réalisé grâce à un blindage local, un boîtier à gaz qui entoure la zone de revêtement. Ce blindage minimise l'interaction du laser et de la poudre métallique avec l'environnement, réduisant ainsi le risque de vapeurs, d'éclaboussures et d'oxydation. Cela simplifie non seulement la configuration, mais réduit également les coûts et la consommation d'énergie par rapport aux systèmes AM à chambre.
L'utilisation par le NIDEC de la surveillance et du feedback en temps réel pour contrôler le processus constitue une avancée significative. Associés à l'intelligence artificielle et à l'apprentissage automatique, les systèmes LAMDA peuvent identifier les anomalies à un stade précoce et arrêter automatiquement le processus avant que le composant ne soit endommagé.
Grâce à la combinaison d'une variété de matériaux, à des options de réparation et à la capacité de fabrication à grande échelle, le LP-DED est un outil précieux pour diverses industries telles que les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et de l'énergie. Alors que la recherche et le développement continuent d'améliorer le contrôle des processus et la compréhension des matériaux, le LP-DED devrait jouer un rôle encore plus important dans l'avenir de la fabrication additive.
La tomographie assistée par ordinateur (CT) industrielle est une méthode de contrôle avancée et non destructive qui permet d'obtenir des vues internes détaillées des composants et de pénétrer même dans des matériaux tels que le métal et le plastique. Associée à un logiciel adapté, la tomographie industrielle devient un outil puissant pour l'ingénierie et la technologie de mesure. La technologie CT existe depuis des décennies et permet des inspections rapides, rend visibles les structures internes qui restent cachées grâce aux méthodes de mesure conventionnelles, et améliore ainsi la rentabilité et la productivité. Contrairement à d'autres machines d'essai, CT propose une analyse approfondie des structures internes, des propriétés des matériaux et des défauts potentiels.
Les systèmes CT sont d'une valeur inestimable pour les tests de matériaux et offrent une occasion unique de découvrir les caractéristiques cachées des métaux. Avec la technologie DED (Directed Energy Deposition) en particulier, il est essentiel de connaître la qualité du matériau lors de l'ajout de nouvelles caractéristiques à des pièces existantes ou de la création de structures fonctionnellement graduées dans lesquelles les propriétés du matériau varient au sein de l'objet. Les systèmes CT mesurent la densité des matériaux avec précision, ce qui permet de tirer des conclusions sur la résistance et la durabilité. Ils peuvent également détecter les pores susceptibles de nuire aux performances du matériau et les fissures qui ne sont pas visibles à l'œil nu mais qui pourraient entraîner une défaillance catastrophique du produit.
Une autre application importante des systèmes CT consiste à vérifier la précision dimensionnelle d'un composant afin de s'assurer qu'il répond aux dimensions et aux tolérances spécifiées. Cette capacité est essentielle dans les industries de précision. Cela peut être réalisé grâce à une comparaison objectif/réel, dans laquelle le dessin CAO de la pièce est comparé au scanner réel de la même pièce. Dans les cas où les données CAO ne sont pas disponibles, les données de numérisation d'une pièce de référence peuvent également être comparées aux données de numérisation de la pièce à tester.
Les défauts les plus courants qui se produisent avec le DED (Directed Energy Deposition) sont la porosité et les fissures. Elles peuvent être causées par des contaminants piégés dans le composant pendant le processus de fabrication additive. Lors de l'analyse du procédé DED, des défauts potentiels tels que la formation de bavures, de cavités, de fissures, de porosité, de lignes de surface et une rugosité de surface accrue peuvent être identifiés. Ces défauts de séparation posent des défis importants dans les procédés PBF et DED, et leur réparation est une tâche complexe et exigeante. Heureusement, en mesurant et en détectant ces défauts, le dernier logiciel CT fournit des informations précieuses sur les corrections nécessaires pour garantir des produits de la plus haute qualité.
La porosité et les cavités sont des problèmes courants avec les pièces moulées et moulées fabriquées de manière additive. Elles sont souvent causées par des poches d'air ou de gaz emprisonnées dans le métal lors de la solidification, ou par le rétrécissement du métal qui laisse des cavités à l'intérieur, ce que l'on appelle la porosité de retrait. Comme la porosité est constituée d'air emprisonné, l'analyse tomodensitométrique peut l'identifier comme une zone de faible densité, ce qui facilite la détection.
Un logiciel adapté est essentiel pour la détermination précise de la porosité due aux fluctuations de densité. Coupe du monde | PointMaster de WENZEL est un outil d'analyse par tomodensitométrie qui identifie les porosités d'un simple clic. Il permet à l'ingénieur en assurance qualité de mesurer et de visualiser facilement la taille, la forme et les éventuels groupes de porosités. L'opérateur peut définir une plage de tailles de porosité et les coder par couleur pour faciliter l'identification et empêcher la détection de porosités trop petites. La tomodensitométrie est particulièrement efficace pour révéler les porosités piégées dans les pièces imprimées. Les types de porosité comprennent la porosité continue, qui s'étend sur l'ensemble de la pièce, et la porosité aveugle, qui se produit généralement sur une surface de la pièce. La détection de la porosité doit se concentrer sur les zones travaillées et les autres sections critiques fortement sollicitées.
Le système CT présente certaines limites en termes de résolution et de performances de pénétration. Le choix du tube à rayons X, du détecteur et le positionnement de l'objet dans la zone de numérisation influencent de manière significative le grossissement et la résolution maximaux. Certains systèmes CT proposent des extensions de champ de numérisation qui permettent de fusionner plusieurs champs pour capturer une zone de numérisation plus grande. La résolution est également déterminée par la précision du plateau tournant, qui détermine l'épaisseur de la couche du scan.
La taille du voxel (v) d'une reconstruction tomographique peut être calculée à l'aide de la formule v = p M (1), où p est la distance entre les pixels du détecteur et M est le rapport entre la SOD (distance source-objet) et la SDD (distance source-détecteur). Cependant, la valeur réelle de v est également déterminée par des facteurs tels que la dérive de la source de rayons X, la dilatation thermique des composants CT, l'inclinaison du détecteur et de la lame, ainsi que d'autres influences.
Avec le réglage optimal, nous devrions être en mesure de détecter et de mesurer les cavités, les blocages et les fissures allant de 21 µm à 26 µm avec un degré de certitude élevé. Avec un angle précis, nous pouvons encore mieux les détecter. Lorsque vous mesurez des arêtes, la transition de densité ne doit pas dépasser trois pixels et la netteté d'une arête doit idéalement être d'environ 3 à 4 pixels.
La recherche des causes de la formation de fissures et de la phase exacte du processus de fabrication peut être extrêmement complexe. Trouver la fissure et observer sa propagation à travers l'objet peuvent fournir des indices décisifs pour résoudre le problème.
Dans de nombreux cas, une technologie CT haute résolution, telle que le système eXact, est requise pour identifier avec précision les fissures sur les pièces imprimées. Les fissures sont souvent irrégulières et peuvent traverser un composant dans différentes directions. Il est particulièrement important d'identifier les fissures causées par un refroidissement irrégulier pendant le processus de fabrication. Tout comme les porosités, ces fissures peuvent être visualisées et colorées à l'aide du logiciel WM | PointMaster pour analyser les propriétés des matériaux et le processus de fabrication. La technologie CT est particulièrement utile pour étudier la migration des fissures dans des pièces ayant subi des essais de traction.
L'analyse des tests balistiques effectués sur des gilets de protection constitue un exemple remarquable de l'utilisation de la tomodensitométrie pour étudier la migration des fissures. On peut montrer comment les couches de polyuréthane se séparent après un test balistique tout en préservant l'intégrité globale du matériau et en résistant aux projectiles tels que les balles ou les éclats d'obus.
Le logiciel WM | PointMaster peut fournir des mesures subvoxelles lors de tomodensitogrammes afin d'évaluer la forme, la résistance et les effets des fissures sur le matériau.
La tomodensitométrie fournit des données détaillées sur les côtés intérieur et extérieur des pièces les plus complexes. Après le démoulage, les pièces en plastique sont souvent déformées en raison du rétrécissement et de signes de distorsion. Pour contrecarrer ces effets, un moulage compensé est généralement effectué pendant le processus de moulage par injection. La pièce en plastique prend d'abord une « mauvaise » forme afin que, après refroidissement, rétrécissement et déformation, elle prenne la forme finale souhaitée et se rapproche le plus possible de la forme souhaitée.
Traditionnellement, la géométrie de l'outil est ajustée par post-traitement itératif (fraisage, meulage ou érosion). Cependant, ce procédé est complexe et peut avoir pour conséquence que le moule ne peut plus être réutilisé.
Avec la déformation virtuelle, les spécifications de déformation peuvent être dérivées de systèmes de simulation ou de résultats de mesures de composants réellement scannés. Cela permet à WM | PointMaster de calculer automatiquement le résultat de la déformation, en tenant compte de facteurs tels que les volumes locaux, le rétrécissement et l'expérience de l'outilleur. La géométrie calculée automatiquement et compensée en termes de déformation est ensuite traitée à l'aide des puissantes fonctions de retour de surface de WM | PointMaster et Coupe du monde | Quartis convertis en modèles de surface CAO, dans lesquels les données d'outils existantes sont intégrées.
Pour les composants critiques fabriqués de manière additive, la série WENZEL EXACT offre des mesures précises de la géométrie interne et externe ainsi qu'une détection fiable des défauts. Regardez cette courte vidéo pour un aperçu graphique de cet outil précieux.
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