Perspektivní NDT pro kritické aplikace aditivní výroby

Vzhledem k tomu, že technologie aditivní výroby (AM – Additive Manufacturing) jsou stále sofistikovanější a využitelnější i pro výrobu finálních dílů pro kritické aplikace, nevyhnutelně vyvstávají nové otázky a výzvy. Jakmile jsou AM procesy validovány, výrobci musí zajistit, aby byl proces škálovatelný a připravený pro průmyslové nasazení. Implementovat s jistotou AM pro výrobu kritických dílů, by mohl pomoci i nový testovací proces – nelineární akustika (NLA).
Technologie nelineární akustiky je nedestruktivní testovací metoda, která dokáže rychle a levně odhalit vady nebo nesrovnalosti v 3D tištěném dílu pomocí slyšitelných a ultrazvukových frekvencí. Podle firmy Theta Technologies je nelineární akustika schopna detekovat trhliny, delaminaci a tečení menší než jeden milimetr bez ohledu na složitost tištěné součásti.

Výsledky za pár sekund
Patentovaná technologie NLA poskytuje přesné výsledky vyhovění/neúspěchu během několika sekund, čímž dramaticky zvyšuje efektivitu kovových aditivních výrobních procesů, přitom toto NDT řešení je velmi jednoduché na ovládání, že testování může probíhat bez přítomnosti vysoce kvalifikovaných operátorů, což pomáhá snižovat náklady.
Všechny komponenty mají charakteristický akustický podpis, který je ovlivněn materiálem, tvary a velikostí prvků komponenty. Akustický podpis vadného dílu se mění se změnou buzení, zatímco podpis bezchybného vzorku zůstává nezměněn. Tak lze detekovat nelineární odezvu chyby ve vzorku.
Proces používá zvukové vlny k vybuzení součásti lineárním stimulem, a pokud má součást nějaké vnitřní praskliny nebo vady, odešle zpět nelineární odpověď. Tuto testovací techniku lze použít různými způsoby buď k rychlé analýze celkové integrity struktury, nebo k vytvoření podrobného obrazu struktury součásti a případných nesrovnalostí.
Je samozřejmé, že nelineární akustická technologie Theta se liší od lineárních akustických testovacích procesů. Existují tři klíčové rozdíly: NLA ignoruje rozměrové rozdíly mezi součástmi a odstraňuje riziko falešných negativů pro zlomkové odchylky rozměrů dílu, není ovlivněna nedokonalostmi povrchu, což umožňuje přesné testování 3D tištěných dílů před leštěním, a nevyžaduje referenční „díl“ k identifikaci chyby.
Firma má dva hlavní testovací systémy NLA, které fungují různými způsoby, aby identifikovaly chyby v komponentách. Systémy nelineární rezonance (NLR) vybudí celý komponent najednou a hlásí „index poškození“, který rychle ukazuje odezvu na chybu kdekoli v komponentě. Skenovací NLA systémy používají lokalizovaný akustický signál ke generování obrazu dílu, který ukazuje oblasti s vysokou nelineární odezvou, které odpovídají vadám. Obzvláště užitečné jsou systémy NLR u dílů AM, které mají velmi složité tvary, protože nezávisí na povrchové úpravě, dokážou rozeznat rozdíl mezi vadou a složitým vnitřním detailem za méně než minutu.

Vhodné pro AM
Technologie Theta NLA není speciálně navržena pro aditivní výrobu, ale je pro ni velmi vhodná a nabízí určité výhody oproti jiným metodám NDT, jako je kontrola penetrantem barviva a rentgenové záření. Je to zejména proto, že NLA dokáže rychle identifikovat i ty nejmenší nesrovnalosti v nejsložitějších strukturách.
Je kompatibilní s širokou škálou AM materiálů, funguje dobře na kovových součástech vyrobených řadou technik aditivní výroby. Firma ji úspěšně použila i na jiných materiálech, včetně kompozitů, keramiky a některých polymerů. Lepší výsledky byly dosaženy s tvrdšími materiály, kde jsou ztráty při šíření menší.
Podle výrobce je NLA zvláště vhodná pro testování tenkostěnných dílů vyrobených z kovu, kde dokáže identifikovat nedostatky jednoduchým minutovým testem. U výměníků tepla v kritických aplikacích v leteckém nebo automobilovém průmyslu dokážou jediné současné testy (rentgenové CT nebo tlakové zkoušky) identifikovat velké chyby, ale mohou přehlédnout ty menší, které se projeví a způsobí selhání později. V některých případech by tak mohla být technologie NLA Theta použita v kombinaci s jinými NDT procesy, jako je rentgenové CT skenování, což by umožnilo rychle a levně posoudit, které díly by měly pokračovat do dalšího kola testování, což je časově i finančně náročnější.

Praktické ověřování
Theta Technologies vyvinula svůj první komerčně dostupný NDT produkt – systém RD1-TT, který charakterizuje jako cenově efektivní řešení rychlé detekce vad pro aditivní kovovou výrobu. Spolupracuje s Výzkumným centrem pokročilé výroby Sheffieldské univerzity (AMRC) North West a firmou BAE Systems na ověřování vhodnosti produktu pro testování řady komponent. Technika nelineární rezonance, kterou používá RD1-TT, detekuje přítomnost vad na 3D tištěných součástech a je navržena tak, aby vybuzovala komponenty pomocí různých zdrojů. Jakmile je součást vybuzena, systém detektorů monitoruje nelinearitu v testované součásti.
RD1-TT slibuje nedestruktivní testování prostřednictvím NLA s vyšší rychlostí, snadností použití a nižšími náklady. Tato technologie má potenciál mít významný dopad na budoucnost procesů testování výroby kovových přísad, zejména pro díly vyráběné pro kritické aplikace v průmyslových odvětvích, jako je obrana, letectví, automobilový průmysl a jaderná energetika.
V rámci spolupráce v oblasti průmyslového výzkumu byla jednotka RD1-TT umístěna v zařízení AMRC North West, které je i členem britské národní sítě výzkumných center High Value Manufacturing, kde bude testovat různé komponenty vyráběné společností BAE Systems, včetně 3D tištěných kovů a kompozitů. AMRC North West s odbornými znalostmi, potřebnými ve výzkumu a vývoji kovové aditivní výroby bude pracovat na analýze měřicího systému a aplikovatelnosti této techniky na širokou škálu produktů s různými materiály a geometriemi.

Josef Vališka
Foto: Theta Technologies, AMRC North West

Publikováno: 16. 10. 2023 | Počet zobrazení: 97 20