航空航天領域對零部件的精準性有較為嚴格的要求,而增材制造技術能較好地制造這些零部件,因此該技術在航空航天領域有著廣泛應用。現實應用中,用于傳統制造零部件的破壞性試驗無法用于增材制造的制件,因為它們往往是一次性的,而且制造成本極其昂貴的。此外,由于增材制造的制件是一層層創建的,屬性更加難以預測。
增材制造零部件的獨特性給產品質量檢驗帶來了挑戰,而它正好適合使用NDE,對于那些具有復雜幾何形狀的零部件很難通過傳統手段進行檢驗。而NDE能夠滿足增材制造部件所有獨特的檢驗要求。
通常未完成的增材制造部件表面會比較粗糙,并且需要拋光。即使是X射線計算機斷層掃描技術(CT),雖然非常適合評估部件的深層內部特征和屬性,但仍有其局限性,即不能檢測出垂直于x射線束的裂紋。然而NDE的方向是可行的,因為它優化了復雜增材制造部件的測試,并能實現標準化,同時由于其非入侵的方式,又具有潛在的成本效益與廣泛的適用性。
NASA增材制造NDE
NASA擁有豐富成功的增材制造技術應用,如創建首個船底座星云的完整三維模型,通過3D模型來獲取其相關信息。
如向國際空間站運送高性能3D打印機,開始執行太空3D打印任務。NASA將使用3D打印機在軌道上制造對象,終極研究目的是在太空中3D打印出整個衛星。
- 增材制造關鍵技術和測量挑戰
- 增材制造制件質量評定
NASA在無損檢測方面的主要技術包括:
 CT測量Computed Tomography
上圖中,左圖為索引接縫的上內壁計算機斷層圖像,右圖為Ti-6AL-4V ASTRO-H絕熱制冷部件的內部結構。
上圖為通過直接金屬激光燒結技術制成的Pogo-Z擋板,RS-25 / J2-X噴嘴,噴油器和閥體的計算機斷層掃描圖像。
上圖為一個直接金屬激光燒結鋁計背部攝影圖(左)和計算機斷層攝影圖像(右)。
以上三圖表明 CT測量能夠檢測模擬內部缺陷,以及無法訪問的內部特征。
上圖為Ti-6Al-4V拉伸試樣及其熱等靜壓的GRC計算機斷層掃描圖像。
CT測量技術的限制性因素是:由于不能檢測到垂直于X射線光束的裂紋,導致其不能可靠的檢測缺陷。
 滲透測試Penetrant Testing
依據最新獲得、具有代表性的NDE數據的調查資料,從中可以獲得了NDE的一些優點和限制以及需要加以解決和推進的具體技術挑戰。例如,相對于傳統的鍛造、鑄造或模制零部件來說,增材制造制件的突出特點之一是其孔隙率更高。
這些制件中不規則或粗糙的表面,使得用于檢測表面缺陷的傳統無損檢測方法,難以甚至不可能完成對增材制造制件的檢測。例如, Ti-6AL-4V試樣的PT和Pogo-Z baffle的加工表面表明,PT可能不是對沒有經過特殊后處理(加工和拋光)的增材制造制件中多孔或粗糙的部位進行檢查的一個現實的方法(參見以下兩圖)。
上圖為,液體火箭氣態氫/液態氧(GH2/ LOX)噴射器中正在開發的Ti-6AL-4V的滲透試驗(左),和一個Pogo-Z的擋板(右)。從上圖可知由于表面粗糙度導致背景噪聲較高。
上圖為Ti-6AL-4V ASTRO-H絕熱冰箱組件中,可變背景滲透跡象的光學成像(左)和滲透跡象的光學成像(右)。
同樣地,了解如何衡量位置較深或無法訪問的缺陷的復雜的內部結構/晶格結構,將是一個艱巨的任務。很顯然,需要更新的,更靈敏的,并且非接觸式NDE方法來克服該問題,即限制了與CT互補技術的效力,如PT,ET和UT。
 渦流檢測Eddy Current Testing
對增材制造制件的可接觸部分進行渦流檢測,應被證明其和傳統加工方式制造的金屬非常相似。對于ET中的任何金屬組件,表面光潔度和晶粒結構在發現關鍵缺陷中發揮了巨大的作用。
 結構光Structured Light
在增材制造過程中,考慮到幾何形狀和屬性在連續層的沉積過程中可能出現變化的可能性,對這兩部分的均勻性和尺寸的控制顯得極其重要。一個已出現的無損檢測技術——結構光,其可用于驗證制件的精確度。
上圖為Pogo-Z baffle的結構光特征。
 超聲掃描
 原位過程監控近紅外相機測量
在控制和反饋領域中領先的成果中使用的近紅外成像和機器視覺技術,正被用于改善EBF3的質量。其優勢包括用于測量的商用NIR相機的溫度校準和表征焊接熔池特性。此外,其先進性還體現在用于提高焊接形狀一致性的多種方法,比如,多臺攝像機,實時跟蹤和反饋算法。這些系統的實現能夠改善不銹鋼直壁樣品的一致性。已證實,在制造過程中使用經校準的近紅外相機,能夠檢測到制件的缺陷。
GE增材制造NDE
 紅外脈沖熱成像Infrared pulse thermography
紅外脈沖熱成像是一種用于檢測缺陷的方法,依據具體的樣品和情況,能夠進行快速和準確的評估。紅外脈沖熱成像涉及閃光燈,閃爍產生的極熱會進入試樣,從而被用作熱源。并且當熱擴散通過試樣時,使用紅外照相機以檢測任何溫差。試樣缺陷區域的熱響應,與沒有缺陷的區域是不同的;紅外攝像機足夠敏感,能夠檢測到這些差別。
 CT掃描
GE使用的CT掃描儀是phoenix v|tome|x m300 CT scanner。

CT掃描使用一系列二維X射線圖像來重建三維部分。在CIMP-3D的掃描儀,該部分被放置在一個轉盤中的機器的中間。X射線投影,在機器的右側,通過部分照射X射線回到在左側的傳感器。固體份方框X射線,在傳感器上產生的陰影,其結果是一個灰度圖像,其中暗的區域與固體物質和光區對應與空的空間相對應。
一旦數據被捕獲,它裝入一個單獨的工作站進行重建。數據需要被處理,需要處理的數據量是驚人的。一旦改造完成后,負責CIMP-3D的CT掃描的研發工程師能做到建成的部分的可視化分析,檢查它的空隙和漏洞。已建成的模型也可以在作為設計的模型之上重疊,允許偏差容易地量化。該模型也可以在任何方向逐層探索。
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