Przemysłowa tomografia komputerowa WENZEL w obrabiarce Nidec
WENZEL Ameryka a NIDEC kontynuować współpracę w celu wykorzystania potencjału Dokładny U zbadanie tomografów komputerowych WENZEL zajmujących się produkcją addytywną z ukierunkowanym wychwytywaniem energii (DED). System ten, zintegrowany z systemem LAMDA firmy NIDEC Machine Tool America, wykorzystuje najnowocześniejszą technologię do przetwarzania nawet najtwardszych metali.
Od czasu wprowadzenia produkcji addytywnej w Japonii w 1987 roku powstało wiele nowych aplikacji, które wykorzystują różne technologie do przekształcania plików CAD w fizyczne obiekty 3D. Obecnie nawet bardzo złożone obiekty i kształty są rozpoznawane i szeroko stosowane w wielu branżach. W tym artykule przyjrzymy się ukierunkowanej separacji energii (DED) i sposobom wykorzystania tej technologii w celu zapewnienia jakości produktu.
LP-DED (Laser Powder-Directed Energy Deposition) to potężny proces wytwarzania addytywnego (AM), w którym skupiona wiązka lasera topi się i łączy metalowy proszek warstwa po warstwie, tworząc pożądany obiekt 3D. Proszek metalowy jest wprowadzany do stopionego basenu wytworzonego przez laser za pomocą dyszy, co umożliwia precyzyjne rozmieszczenie materiału i wytwarzanie złożonych cech konstrukcyjnych.
W porównaniu z innymi procesami AM, takimi jak topienie w łożu proszkowym, LP-DED oferuje większą elastyczność, ponieważ może pracować bezpośrednio na istniejących komponentach. To sprawia, że proces ten jest idealny do napraw, dodawania elementów do istniejących części i tworzenia funkcjonalnie warstwowych struktur, w których właściwości materiału różnią się w obrębie obiektu. LP-DED może również przetwarzać szerszą gamę materiałów, w tym metale, które są trudne do przetworzenia w innych procesach.
Kluczową zaletą systemu LAMDA LP-DED firmy NIDEC jest możliwość przeprowadzania produkcji dodatkowej metali na dużą skalę bez użycia kompletnej komory środowiskowej. Osiąga się to dzięki lokalnemu ekranowaniu — obudowie gazowej, która otacza obszar powłoki. To ekranowanie minimalizuje interakcję lasera i proszku metalowego ze środowiskiem, zmniejszając ryzyko oparów, rozprysków i utleniania. To nie tylko upraszcza konfigurację, ale także zmniejsza koszty i zużycie energii w porównaniu z systemami AM opartymi na komorach.
Istotnym krokiem naprzód jest wykorzystanie przez NIDEC monitorowania i informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym do kontrolowania procesu. W połączeniu ze sztuczną inteligencją i uczeniem maszynowym systemy LAMDA mogą wcześnie identyfikować anomalie i automatycznie zatrzymać proces przed uszkodzeniem komponentu.
Dzięki połączeniu różnorodnych materiałów, opcji naprawy i możliwości produkcji na dużą skalę, LP-DED jest cennym narzędziem dla różnych branż, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny i energetyczny. Ponieważ badania i rozwój nadal poprawiają kontrolę procesów i zrozumienie materiałów, oczekuje się, że LP-DED odegra jeszcze ważniejszą rolę w przyszłości produkcji addytywnej.
Przemysłowa tomografia komputerowa (CT) to zaawansowana, nieniszcząca metoda testowania, która umożliwia szczegółowe wewnętrzne widoki komponentów, a nawet penetruje materiały takie jak metal i plastik. W połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem przemysłowy CT staje się potężnym narzędziem inżynierii i technologii pomiarowej. Technologia CT istnieje od dziesięcioleci i umożliwia szybkie inspekcje, sprawia, że struktury wewnętrzne są widoczne, które pozostają ukryte przy użyciu konwencjonalnych metod pomiarowych, a tym samym poprawia efektywność kosztową i produktywność. W przeciwieństwie do innych maszyn testujących, CT oferuje dogłębną analizę struktur wewnętrznych, właściwości materiału i potencjalnych wad.
Systemy CT są nieocenione w testowaniu materiałów i oferują wyjątkową okazję do odkrycia ukrytych cech metalu. W szczególności w przypadku technologii DED (Directed Energy Deposition) kluczowa jest znajomość jakości materiału podczas dodawania nowych elementów do istniejących części lub tworzenia funkcjonalnie stopniowanych struktur, w których właściwości materiału różnią się w obrębie obiektu. Systemy CT precyzyjnie mierzą gęstość materiału, co pozwala wyciągnąć wnioski na temat wytrzymałości i trwałości. Mogą również wykrywać pory, które mogą pogorszyć działanie materiału i pęknięcia, które nie są widoczne gołym okiem, ale mogą spowodować katastrofalną awarię produktu.
Innym ważnym zastosowaniem systemów CT jest sprawdzenie dokładności wymiarowej elementu, aby upewnić się, że spełnia on określone wymiary i tolerancje. Ta umiejętność jest niezbędna w przemyśle precyzyjnym. Można to osiągnąć poprzez porównanie docelowe/rzeczywiste, w którym rysunek CAD części jest porównywany z rzeczywistym skanem CT tej samej części. W przypadkach, gdy dane CAD nie są dostępne, dane skanowania części referencyjnej można również porównać z danymi skanowania części do testowania.
Najczęstszymi wadami występującymi przy DED (Directed Energy Deposition) są porowatość i pęknięcia. Mogą one być spowodowane przez zanieczyszczenia, które są uwięzione w składniku podczas procesu wytwarzania dodatków. Podczas analizy procesu DED można zidentyfikować potencjalne wady, takie jak tworzenie się zadziorów, ubytki, pęknięcia, porowatość, linie powierzchni i zwiększona chropowatość powierzchni. Takie defekty separacji stanowią poważne wyzwanie zarówno w procesach PBF, jak i DED, a ich naprawa jest złożonym i wymagającym zadaniem. Na szczęście, mierząc i wykrywając te wady, najnowsze oprogramowanie CT zapewnia cenny wgląd w niezbędne poprawki w celu zapewnienia najwyższej jakości produktów.
Porowatość i ubytki są częstym problemem w przypadku części odlewanych i formowanych dodatkowo. Często są one spowodowane przez kieszenie powietrzne lub gazowe, które są uwięzione w metalu podczas krzepnięcia lub skurczem metalu, który pozostawia w nim ubytki, co jest znane jako porowatość skurczu. Ponieważ porowatość składa się z uwięzionego powietrza, analiza CT może zidentyfikować go jako obszar o mniejszej gęstości, ułatwiając wykrywanie.
Odpowiednie oprogramowanie ma kluczowe znaczenie dla precyzyjnego określenia porowatości ze względu na wahania gęstości. Mistrzostwa Świata | PointMaster firmy WENZEL to narzędzie do analizy CT, które identyfikuje porowatości za pomocą prostego kliknięcia. Pozwala inżynierowi zapewniania jakości łatwo zmierzyć i wizualizować rozmiar, kształt i możliwe skupiska porowatości. Operator może ustawić zakres rozmiarów porowatości i kodować je kolorami, aby ułatwić identyfikację, aby zapobiec wykrywaniu zbyt małych porowatości. CT jest szczególnie skuteczny w ujawnianiu uwięzionych porowatości w drukowanych częściach. Rodzaje porowatości obejmują ciągłą porowatość, która rozciąga się na całą część, i ślepa porowatość, która zwykle występuje na powierzchni części. Wykrywanie porowatości powinno koncentrować się na obrabianych obszarach i innych krytycznych, mocno obciążonych odcinkach.
System CT ma pewne ograniczenia pod względem rozdzielczości i wydajności penetracji. Wybór lampy rentgenowskiej, detektora i pozycjonowanie obiektu w obszarze skanowania znacząco wpływają na maksymalne powiększenie i rozdzielczość. Niektóre systemy CT oferują rozszerzenia pól skanowania, które umożliwiają scalanie wielu pól w celu przechwycenia większego obszaru skanowania. Rozdzielczość zależy również od precyzji gramofonu, który określa grubość warstwy skanowania.
Wielkość woksela (v) rekonstrukcji tomograficznej można obliczyć za pomocą wzoru v = p M (1), gdzie p jest odległością pikseli detektora, a M jest stosunkiem SOD (odległość źródło-obiekt) i SDD (odległość źródło-detektor). Jednak rzeczywista wartość v jest również określana przez czynniki takie jak dryf źródła promieniowania rentgenowskiego, rozszerzalność cieplna komponentów CT, nachylenie detektora i suwaka oraz inne wpływy.
Przy optymalnym ustawieniu powinniśmy być w stanie wykryć i zmierzyć ubytki, blokady i pęknięcia w zakresie od 21µm do 26µm z wysokim stopniem pewności. Dzięki precyzyjnemu kątowi możemy je wykryć jeszcze lepiej. Podczas pomiaru krawędzi przejście gęstości nie powinno przekraczać trzech pikseli, a ostrość krawędzi powinna idealnie wynosić około 3 do 4 pikseli.
Poszukiwanie przyczyn powstawania pęknięć i dokładnej fazy procesu produkcyjnego może być niezwykle złożone. Znalezienie pęknięcia i obserwowanie jej rozprzestrzeniania się przez obiekt może dostarczyć decydujących wskazówek do rozwiązania problemu.
W wielu przypadkach do precyzyjnej identyfikacji pęknięć w drukowanych częściach wymagana jest technologia CT o wysokiej rozdzielczości, taka jak system eXact. Pęknięcia są często nieregularne i mogą przebiegać przez element w różnych kierunkach. Szczególnie ważne jest identyfikowanie pęknięć spowodowanych nierównomiernym chłodzeniem podczas procesu produkcyjnego. Podobnie jak w przypadku porowatości, pęknięcia te można wizualizować i barwić za pomocą oprogramowania WM | PointMaster do analizy właściwości materiału i procesu produkcyjnego. Technologia CT jest szczególnie przydatna do badania migracji pęknięć w częściach, które zostały poddane próbom rozciągania.
Godnym uwagi przykładem zastosowania CT w badaniu migracji pęknięć jest analiza testów balistycznych na kamizelkach ochronnych. Można pokazać, w jaki sposób warstwy poliuretanowe oddzielają się po teście balistycznym, zachowując ogólną integralność materiału i będąc w stanie wytrzymać pociski, takie jak pociski lub odłamki.
Oprogramowanie WM | PointMaster może zapewnić pomiary subwokselowe skanów CT w celu oceny kształtu, wytrzymałości i wpływu pęknięć na materiał.
Skanowanie CT dostarcza szczegółowych danych o wewnętrznej i zewnętrznej stronie najbardziej złożonych części. Po demontowaniu części z tworzyw sztucznych często ulegają deformacji z powodu skurczu i oznak zniekształceń. Aby przeciwdziałać tym efektom, formowanie kompensowane jest zwykle przeprowadzane podczas procesu formowania wtryskowego. Część z tworzywa sztucznego jest najpierw doprowadzana do „niewłaściwego” kształtu, dzięki czemu po schłodzeniu, kurczeniu się i wypaczeniu staje się pożądanym ostatecznym kształtem i zbliża się jak najbliżej pożądanego kształtu.
Tradycyjnie geometria narzędzia jest regulowana poprzez iteracyjne przetwarzanie końcowe (frezowanie, szlifowanie lub erodowanie). Proces ten jest jednak złożony i może spowodować, że forma nie będzie już mogła być ponownie wykorzystana.
W przypadku odkształcenia wirtualnego specyfikacje odkształcenia mogą być wyprowadzone z systemów symulacji lub wyników pomiarów faktycznie zeskanowanych komponentów. Pozwala to WM | PointMaster na automatyczne obliczanie wyniku odkształcenia, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak lokalne objętości, skurcz i doświadczenie producenta narzędzi. Automatycznie obliczana geometria kompensowana odkształceniami jest następnie przetwarzana przy użyciu potężnych funkcji zwrotu powierzchni WM | PointMaster i Mistrzostwa Świata | Quartis konwertowane na modele powierzchni CAD, z którymi zintegrowane są istniejące dane narzędzia.
W przypadku krytycznych komponentów produkowanych dodatkowo seria WENZEL EXACT oferuje precyzyjne pomiary geometrii wewnętrznej i zewnętrznej oraz niezawodne wykrywanie usterek. Obejrzyj ten krótki film, aby uzyskać graficzny przegląd tego cennego narzędzia.
.webp){kind=icon}
.svg){kind=icon}
.webp){kind=small}
