Tomografia computerizzata industriale WENZEL presso Nidec Machine Tool
WENZEL America e NIDEC continuare la loro collaborazione per sfruttare il potenziale di eXact U per studiare i tomografi computerizzati WENZEL che ricercano la produzione additiva con cattura diretta dell'energia (DED). Questo sistema, integrato nel sistema LAMDA di NIDEC Machine Tool America, utilizza una tecnologia all'avanguardia per lavorare anche i metalli più duri.
Dall'introduzione della produzione additiva in Giappone nel 1987, sono state sviluppate numerose nuove applicazioni che utilizzano varie tecnologie per trasformare i file CAD in oggetti 3D fisici. Oggi, anche oggetti e forme altamente complessi sono riconosciuti e ampiamente utilizzati in molti settori. In questo articolo, esaminiamo la separazione diretta dell'energia (DED) e i modi per utilizzare questa tecnologia per garantire la qualità del prodotto.
L'LP-DED (Laser Powder-Directed Energy Deposition) è un potente processo di produzione additiva (AM) in cui un raggio laser focalizzato fonde e combina polvere di metallo strato per strato per produrre l'oggetto 3D desiderato. La polvere metallica viene introdotta nella vasca fusa creata dal laser tramite un ugello, che consente un posizionamento preciso del materiale e la produzione di elementi di progettazione complessi.
Rispetto ad altri processi AM come la fusione a letto di polvere, LP-DED offre una maggiore flessibilità in quanto può lavorare direttamente sui componenti esistenti. Questo rende il processo ideale per le riparazioni, l'aggiunta di caratteristiche alle parti esistenti e la produzione di strutture funzionali a più livelli in cui le proprietà dei materiali variano all'interno dell'oggetto. L'LP-DED può anche trattare una gamma più ampia di materiali, compresi i metalli difficili da lavorare con altri processi.
Un vantaggio chiave del sistema LAMDA LP-DED di NIDEC è la capacità di eseguire la produzione additiva di metalli su larga scala senza l'uso di una camera ambientale completa. Ciò è possibile grazie alla schermatura locale, un alloggiamento a gas che circonda l'area di rivestimento. Questa schermatura riduce al minimo l'interazione del laser e della polvere metallica con l'ambiente, riducendo il rischio di vapori, schizzi e ossidazione. Ciò non solo semplifica la configurazione, ma riduce anche i costi e il consumo di energia rispetto ai sistemi AM basati su camera.
Un significativo passo avanti è l'uso da parte di NIDEC del monitoraggio e del feedback in tempo reale per controllare il processo. In combinazione con l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico, i sistemi LAMDA possono identificare tempestivamente le anomalie e arrestare automaticamente il processo prima che il componente venga danneggiato.
Grazie alla combinazione di una varietà di materiali, opzioni di riparazione e alla capacità di produrre su larga scala, LP-DED è uno strumento prezioso per vari settori come quello aerospaziale, automobilistico ed energetico. Poiché la ricerca e lo sviluppo continuano a migliorare il controllo dei processi e la comprensione dei materiali, si prevede che LP-DED svolgerà un ruolo ancora più significativo nel futuro della produzione additiva.
La tomografia computerizzata industriale (CT) è un metodo di test avanzato e non distruttivo che consente una visione interna dettagliata dei componenti e penetra persino in materiali come metallo e plastica. In combinazione con un software adeguato, la TAC industriale diventa un potente strumento per l'ingegneria e la tecnologia di misurazione. La tecnologia CT esiste da decenni e consente ispezioni rapide, rende visibili le strutture interne che rimangono nascoste con i metodi di misurazione convenzionali e quindi migliora l'efficienza dei costi e la produttività. A differenza di altre macchine di prova, la CT offre un'analisi approfondita delle strutture interne, delle proprietà dei materiali e dei potenziali difetti.
I sistemi CT hanno un valore inestimabile nei test sui materiali e offrono un'opportunità unica per scoprire le caratteristiche nascoste dei metalli. Con la tecnologia DED (Directed Energy Deposition), in particolare, è fondamentale conoscere la qualità del materiale quando si aggiungono nuove funzionalità a parti esistenti o si creano strutture classificate in modo funzionale in cui le proprietà del materiale variano all'interno dell'oggetto. I sistemi CT misurano con precisione la densità del materiale, il che consente di trarre conclusioni sulla resistenza e sulla durata. Sono inoltre in grado di rilevare i pori che potrebbero compromettere le prestazioni del materiale e le crepe che non sono visibili a occhio nudo ma che potrebbero causare un guasto catastrofico del prodotto.
Un'altra importante applicazione dei sistemi CT è il controllo della precisione dimensionale di un componente per garantire che soddisfi le dimensioni e le tolleranze specificate. Questa capacità è essenziale nelle industrie di precisione. Ciò può essere ottenuto attraverso un confronto obiettivo/effettivo, in cui il disegno CAD del pezzo viene confrontato con la scansione CT effettiva della stessa parte. Nei casi in cui i dati CAD non sono disponibili, i dati di scansione di una parte di riferimento possono anche essere confrontati con i dati di scansione della parte da testare.
I difetti più comuni che si verificano con la DED (Directed Energy Deposition) sono porosità e crepe. Questi possono essere causati da contaminanti intrappolati nel componente durante il processo di produzione additiva. Quando si analizza il processo DED, è possibile identificare potenziali difetti come formazione di bave, cavità, crepe, porosità, linee superficiali e aumento della rugosità superficiale. Tali difetti di separazione pongono sfide significative nei processi PBF e DED e ripararli è un compito complesso e impegnativo. Fortunatamente, misurando e rilevando questi difetti, il più recente software CT fornisce informazioni preziose sulle correzioni necessarie per garantire prodotti della massima qualità.
La porosità e le cavità sono problemi comuni con le parti fuse e stampate prodotte in modo additivo. Spesso sono causate da sacche di aria o gas che rimangono intrappolate nel metallo durante la solidificazione o dal restringimento del metallo che lascia delle cavità al suo interno, fenomeno noto come porosità da contrazione. Poiché la porosità è costituita da aria intrappolata, l'analisi TC può identificarla come un'area a densità inferiore, facilitando il rilevamento.
Un software adatto è fondamentale per la determinazione precisa della porosità dovuta alle fluttuazioni della densità. Coppa del mondo | PointMaster di WENZEL è uno strumento di analisi CT che identifica le porosità con un semplice clic. Consente al tecnico addetto al controllo qualità di misurare e visualizzare facilmente le dimensioni, la forma e i possibili gruppi di porosità. L'operatore può impostare un intervallo per le dimensioni delle porosità e codificarle a colori per una facile identificazione per evitare il rilevamento di porosità troppo piccole. La TAC è particolarmente efficace nel rivelare le porosità intrappolate nelle parti stampate. I tipi di porosità includono la porosità continua, che si estende su tutta la parte, e la porosità cieca, che si verifica in genere su una superficie del pezzo. Il rilevamento della porosità dovrebbe concentrarsi sulle aree lavorate e su altre sezioni critiche fortemente sollecitate.
Il sistema CT presenta alcune limitazioni in termini di risoluzione e prestazioni di penetrazione. La selezione del tubo a raggi X, del rilevatore e il posizionamento dell'oggetto nell'area di scansione influiscono in modo significativo sull'ingrandimento e sulla risoluzione massimi. Alcuni sistemi CT offrono estensioni del campo di scansione che consentono di unire più campi per acquisire un'area di scansione più ampia. La risoluzione è determinata anche dalla precisione del giradischi, che determina lo spessore dello strato della scansione.
La dimensione dei voxel (v) di una ricostruzione tomografica può essere calcolata utilizzando la formula v = p M (1), dove p è la distanza tra i pixel del rilevatore e M è il rapporto tra SOD (distanza da sorgente a oggetto) e SDD (distanza da sorgente a rivelatore). Tuttavia, il valore effettivo di v è determinato anche da fattori quali la deriva della sorgente di raggi X, l'espansione termica dei componenti CT, l'inclinazione del rivelatore e del vetrino e altre influenze.
Con l'impostazione ottimale, dovremmo essere in grado di rilevare e misurare cavità, ostruzioni e crepe comprese tra 21 µm e 26 µm con un alto grado di certezza. Con un angolo preciso, possiamo rilevarli ancora meglio. Quando si misurano i bordi, la transizione di densità non dovrebbe superare i tre pixel e la nitidezza di un bordo dovrebbe idealmente essere di circa 3-4 pixel.
La ricerca delle cause della formazione delle fessure e della fase esatta del processo di produzione può essere estremamente complessa. Trovare la crepa e osservarne la propagazione attraverso l'oggetto può fornire indizi decisivi per risolvere il problema.
In molti casi, è necessaria una tecnologia CT ad alta risoluzione, come il sistema eXact, per identificare con precisione le crepe nelle parti stampate. Le crepe sono spesso irregolari e possono attraversare un componente in varie direzioni. È particolarmente importante identificare le crepe causate da un raffreddamento irregolare durante il processo di produzione. Analogamente alle porosità, queste crepe possono essere visualizzate e colorate con il software WM | PointMaster per analizzare le proprietà dei materiali e il processo di produzione. La tecnologia CT è particolarmente utile per studiare la migrazione delle fessurazioni nelle parti sottoposte a prove di trazione.
Un esempio notevole dell'uso della TC nello studio della migrazione delle fessure è l'analisi dei test balistici sui giubbotti protettivi. Si può dimostrare come gli strati di poliuretano si separino dopo un test balistico mantenendo l'integrità complessiva del materiale e potendo resistere a proiettili come proiettili o schegge.
Il software WM | PointMaster è in grado di fornire misurazioni sub-voxel delle scansioni TC per valutare la forma, la resistenza e gli effetti delle crepe sul materiale.
La scansione TC fornisce dati dettagliati sui lati interni ed esterni delle parti più complesse. Dopo la sformatura, le parti in plastica sono spesso deformate a causa del restringimento e dei segni di distorsione. Per contrastare questi effetti, lo stampaggio compensato viene solitamente eseguito durante il processo di stampaggio a iniezione. La parte in plastica viene prima portata in una forma «sbagliata» in modo che, dopo il raffreddamento, il restringimento e la deformazione, diventi la forma finale desiderata e si avvicini il più possibile alla forma desiderata.
Tradizionalmente, la geometria dell'utensile viene regolata mediante una post-elaborazione iterativa (fresatura, molatura o erosione). Tuttavia, questo processo è complesso e può far sì che lo stampo non possa più essere riutilizzato.
Con la deformazione virtuale, le specifiche di deformazione possono essere derivate dai sistemi di simulazione o dai risultati di misurazione dei componenti effettivamente scansionati. Ciò consente a WM | PointMaster di calcolare automaticamente il risultato della deformazione, tenendo conto di fattori quali i volumi locali, la contrazione e l'esperienza del produttore di utensili. La geometria calcolata automaticamente e compensata dalla deformazione viene quindi elaborata utilizzando le potenti funzioni di ritorno della superficie di WM | PointMaster e Coppa del Mondo | Quartis convertiti in modelli CAD di superficie, in cui sono integrati i dati degli utensili esistenti.
Per i componenti critici prodotti in modo additivo, la serie WENZEL EXACT offre misurazioni precise della geometria interna ed esterna e un rilevamento affidabile dei guasti. Guardate questo breve video per una panoramica grafica di questo prezioso strumento.
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