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3D新聞

非線性聲學(xué)無損檢測,3D打印應(yīng)用的新時(shí)代

星之球科技 來源:3DScienceValley2022-03-01 我要評論(0 )   

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察,隨著增材制造技術(shù)變得越來越復(fù)雜,并且在生產(chǎn)用于關(guān)鍵應(yīng)用的最終用途零件方面越來越可行,不可避免地會(huì)出現(xiàn)新的問題和挑戰(zhàn)。一旦增材制造流程...

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察,隨著增材制造技術(shù)變得越來越復(fù)雜,并且在生產(chǎn)用于關(guān)鍵應(yīng)用的最終用途零件方面越來越可行,不可避免地會(huì)出現(xiàn)新的問題和挑戰(zhàn)。



一旦增材制造流程得到驗(yàn)證,增材制造企業(yè)和采用行業(yè)就必須考慮如何確保該流程具有可擴(kuò)展性和行業(yè)就緒性。通常,當(dāng)業(yè)界談?wù)撨@個(gè)話題的時(shí)候,關(guān)注的更多的是后處理的可擴(kuò)展性和對更高工作流程自動(dòng)化的需求。但還有另一個(gè)難題必須解決:零件測試和鑒定。



Theta



非線性、更精確、更快



根據(jù)3D科學(xué)谷,檢測對于增材制造行業(yè)的作用在逐漸顯現(xiàn),不僅是檢測的價(jià)值還有大數(shù)據(jù)的價(jià)值,這對于產(chǎn)品從質(zhì)量管理(輸入端的原材料,加工過程,加工結(jié)果,后處理的最終產(chǎn)品)到對工藝的理解和提升(通過數(shù)據(jù)相關(guān)性的分析,人工智能對檢測以及其他數(shù)據(jù)的處理),再到后期的認(rèn)證(怎么通過航空,汽車等領(lǐng)域的各種認(rèn)證),檢測正在發(fā)揮增材制造的生命線的作用。



增材制造無損檢測



3D科學(xué)谷白皮書



快速、無損、原位



此前,3D科學(xué)谷在《從設(shè)計(jì)到生產(chǎn),CT 檢測在增材制造工藝鏈中發(fā)揮什么作用?》一文中分析了對于增材制造而言,查看零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力至關(guān)重要。無損檢測技術(shù)可以幫助增材制造用戶能夠以不損壞零件的方式,對零件內(nèi)部進(jìn)行可視化。



無損檢測的方法不僅僅局限于材料內(nèi)部缺陷的檢測與表征,還可實(shí)現(xiàn)材料的密度、彈性參數(shù)、孔隙率、殘余應(yīng)力分布以及其內(nèi)部各種非連續(xù)性等方面的無損測試與表征;整個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)快速、無損、原位的結(jié)果,對縮短材料的研發(fā)與生產(chǎn)周期和成本有積極意義。



根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察,無損檢測技術(shù)正在出現(xiàn)更多的檢測手段。Theta Technologies 是一家總部位于英國的專門從事無損檢測 (NDT) 的公司,正在向市場推出一種稱為非線性聲學(xué) (NLA) 的新測試工藝,該技術(shù)可以幫助制造商自信地實(shí)施 AM增材制造來生產(chǎn)關(guān)鍵部件。



Theta 的非線性聲學(xué)



非線性聲學(xué)技術(shù)是一種無損檢測方法,可以使用可聽和超聲波頻率快速且經(jīng)濟(jì)高效地檢測 3D 打印部件中的缺陷或不一致。根據(jù) Theta 的說法,他們基于 NLA 的專利技術(shù)能夠檢測小于一毫米的裂縫、分層和蠕變,無論打印組件的復(fù)雜程度如何。



據(jù)稱,Theta Technologies 在幾秒鐘內(nèi)提供準(zhǔn)確的通過/失敗結(jié)果,顯著提高了金屬增材制造生產(chǎn)過程的效率,此外,NDT 解決方案操作簡單,無需高技能操作員在場即可進(jìn)行測試,有助于降低過程中的成本。



Theta



但是這個(gè)過程是如何工作的?底層的技術(shù)邏輯來自于所有組件都具有獨(dú)特的聲學(xué)特征,這受材料以及組件特征的形狀和大小的影響。Theta利用了這樣一個(gè)事實(shí),即當(dāng)改變刺激時(shí),有缺陷的組件的聲學(xué)特征會(huì)發(fā)生變化,而無缺陷樣本的特征會(huì)保持不變。因此,我們可以檢測樣品中缺陷的非線性響應(yīng)。



換句話說,該過程使用聲波以線性刺激來激發(fā)零件。如果零件有任何內(nèi)部裂縫或缺陷,它將發(fā)回非線性響應(yīng)。這種測試技術(shù)可以以不同的方式用于快速分析結(jié)構(gòu)的整體完整性或生成零件結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖片和任何可能的不一致。



Theta 的非線性聲學(xué)技術(shù)不同于線性聲學(xué)測試過程。存在三個(gè)關(guān)鍵差異:NLA 忽略了組件之間的尺寸差異,消除了零件尺寸部分變化的風(fēng)險(xiǎn);也不受表面缺陷的影響,使 3D 打印部件能夠在拋光前進(jìn)行準(zhǔn)確測試;并且它不需要“已知良好”來識別零件中的故障。



Theta 有兩個(gè)主要的 NLA 測試系統(tǒng),以不同的方式工作以識別組件中的缺陷,非線性共振 (NLR) 系統(tǒng)一次激發(fā)整個(gè)組件,并報(bào)告一個(gè)‘損壞指數(shù)’,快速顯示組件內(nèi)任何位置的缺陷響應(yīng)。掃描 NLA 系統(tǒng)使用局部聲學(xué)信號生成零件圖像,顯示與缺陷相對應(yīng)的高非線性響應(yīng)區(qū)域。對于形狀往往非常復(fù)雜的增材制造零件,NLR 系統(tǒng)更加適用,因?yàn)檫@種技術(shù)不依賴于表面光潔度,并且可以在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)區(qū)分缺陷和復(fù)雜的內(nèi)部細(xì)節(jié)。



Theta Technologies 目前正準(zhǔn)備在市場上推出其基于 NLA 的解決方案。第一款產(chǎn)品預(yù)計(jì)于 2022 年 6 月推出;第二個(gè)完整的 NLA 掃描系統(tǒng),預(yù)計(jì)將在 9-12 個(gè)月后發(fā)布。



非常適合 AM增材制造



雖然不是專門為增材制造而設(shè)計(jì)的,但 Theta 的 NLA 技術(shù)非常適合增材制造,并且與其他 NDT無損檢測方法(如染料滲透檢測和 X 射線)相比具有某些優(yōu)勢。這主要是因?yàn)?NLA 可以快速識別最復(fù)雜結(jié)構(gòu)中最小的不一致。



根據(jù)Theta ,雖然傳統(tǒng)的超聲波或染料滲透技術(shù)理論上可以用于更簡單的設(shè)計(jì),但幾何和表面光潔度問題使得這在實(shí)踐中非常具有挑戰(zhàn)性。對于更復(fù)雜的設(shè)計(jì),目前主要有 X 射線 CT、目視檢查或功能測試(例如壓力測試)有實(shí)際應(yīng)用,但即便如此,這些檢測手段可能對可能至關(guān)重要的較小缺陷不敏感。有時(shí)候X 射線 CT 非常耗時(shí),并需要對輻射安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理。



Theta



Theta 的技術(shù)還兼容多種增材制造材料,包括金屬、陶瓷、復(fù)合材料,甚至一些高分子塑料材料。Theta的技術(shù)在通過一系列增材制造技術(shù)生產(chǎn)的金屬部件上表現(xiàn)良好:目前已將其應(yīng)用于激光粉末床熔化LPBF、線弧和基于粘結(jié)劑噴射BJ的樣品。



根據(jù)3D科學(xué)谷的了解,目前NLA 技術(shù)特別適合測試由金屬制成的薄壁零件。譬如用來檢測薄壁金屬增材制造組件包括增材制造熱交換器??梢酝ㄟ^簡單的一分鐘測試來識別其中的缺陷。據(jù)悉,對于關(guān)鍵航空航天或汽車應(yīng)用中的熱交換器,目前X 射線 CT 或壓力測試可以識別大缺陷,但可能會(huì)漏掉較小的缺陷。



在某些情況下,Theta 的 NLA 技術(shù)可以與其他 NDT 過程結(jié)合使用,例如 X 射線 CT 掃描。這將使用戶能夠快速且經(jīng)濟(jì)地評估哪些部件應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行下一輪測試,這會(huì)節(jié)約更多時(shí)間。


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