国外先进增材制造无损检测技术调研分析
航空航天领域对零部件的精准性有较为严格的要求,而增材制造技术能较好地制造这些零部件,因此该技术在航空航天领域有着广泛应用。现实应用中,用于传统制造零部件的破坏性试验无法用于增材制造的制件,因为它们往往是一次性的,而且制造成本极其昂贵的。此外,由于增材制造的制件是一层层创建的,属性更加难以预测。
增材制造零部件的独特性给产品质量检验带来了挑战,而它正好适合使用NDE,对于那些具有复杂几何形状的零部件很难通过传统手段进行检验。而NDE能够满足增材制造部件所有独特的检验要求。
通常未完成的增材制造部件表面会比较粗糙,并且需要抛光。即使是X射线计算机断层扫描技术(CT),虽然非常适合评估部件的深层内部特征和属性,但仍有其局限性,即不能检测出垂直于x射线束的裂纹。然而NDE的方向是可行的,因为它优化了复杂增材制造部件的测试,并能实现标准化,同时由于其非入侵的方式,又具有潜在的成本效益与广泛的适用性。
NASA增材制造NDE
NASA拥有丰富成功的增材制造技术应用,如创建首个船底座星云的完整三维模型,通过3D模型来获取其相关信息。如向国际空间站运送高性能3D打印机,开始执行太空3D打印任务。NASA将使用3D打印机在轨道上制造对象,终极研究目的是在太空中3D打印出整个卫星。
- 增材制造关键技术和测量挑战
- 增材制造制件质量评定
NASA在无损检测方面的主要技术包括:
CT测量Computed Tomography
上图中,左图为索引接缝的上内壁计算机断层图像,右图为Ti-6AL-4V ASTRO-H绝热制冷部件的内部结构。
上图为通过直接金属激光烧结技术制成的Pogo-Z挡板,RS-25 / J2-X喷嘴,喷油器和阀体的计算机断层扫描图像。
上图为一个直接金属激光烧结铝计背部摄影图(左)和计算机断层摄影图像(右)。
以上三图表明 CT测量能够检测模拟内部缺陷,以及无法访问的内部特征。
上图为Ti-6Al-4V拉伸试样及其热等静压的GRC计算机断层扫描图像。
CT测量技术的限制性因素是:由于不能检测到垂直于X射线光束的裂纹,导致其不能可靠的检测缺陷。