Криоультразвуковой неразрушающий контроль, или Как заглянуть внутрь 3D-печатной металлической детали

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
10.06.2019
2084
8
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

9
Американский инженер придумал простую, но эффективную методику неразрушающего контроля 3D-печатных металлических изделий сложной геометрической формы с помощью ультразвука и льда. Рассказываем, как это работает.
Франческо Симонетти — инженер и профессор аэрокосмического факультета научно-исследовательского Университета Цинциннати. Одно из направлений его научной деятельности — совершенствование инструментов неразрушающего контроля. Текущий же проект рассматривает методику акустического обследования 3D-печатных металлических изделий.
Прочность и надежность изготовленных с помощью аддитивных технологий металлических деталей — предмет постоянных споров. Нужно же как-то узнать что там внутри, иначе условная 3D-печатная лопатка вполне может разрушиться на высоких оборотах и разнести в клочья турбогенератор или, еще хуже, турбореактивный двигатель. Распилить ту же лопатку и исследовать внутренности можно, но тогда она перестанет быть лопаткой. Есть несколько подходящих методов неразрушающего контроля, но все они не лишены недостатков — то слишком низкая проникающая способность, то дороговизна при работе с крупногабаритными изделиями. Одно из наиболее эффективных и недорогих решений — ультразвуковое обследование, но в привычном виде для контроля 3D-печатных деталей оно не подходит. Главная причина кроется в геометрической сложности обследуемых изделий.
Если у предмета достаточно простая форма, то ультразвук — хороший выбор. Другими словами, совсем не обязательно исследовать на наличие внутренних трещин или полостей само изделие, когда можно обследовать заготовку перед тем, как из нее будет выточена деталь. А вот с полученной деталью будет куда сложнее. Представьте, например, крыльчатку: пристроить датчики так, чтобы их не сбивала с толку кривизна поверхностей — просто нереально. Так что для субтрактивного производства ультразвук подходит, а вот для аддитивного, где никаких болванок нет в принципе, а детали выращиваются из порошка или проволоки, уже нет. Как быть? У Франческо есть простое решение, навеянное сугробами и лопатой — соединительная среда в виде обычного льда.
«Звуку нужна соединительная среда, чтобы он мог проникать в толщу исследуемого материала. Если разница в свойствах среды и исследуемой детали слишком высока, то ничего не выйдет, так как внутрь детали будет попадать лишь малая часть излучаемой энергии. Для идеальных результатов нужно использовать среду из того же материала, что и деталь, но если мы говорим о, например, титане, то это непрактично. Залить деталь расплавленным металлом можно, но потом его уже не отделить. Когда живешь в Цинциннати, постоянно приходится разгребать снег и лед перед гаражом. Все привычные методы неразрушающего контроля мы перепробовали, и ничего не подошло. Пришлось идти на отчаянные меры», — поясняет профессор.
Впрочем, простым решение кажется только в теории, а на практике все немного сложнее. Обычная вода нередко используется в роли контактной жидкости, но в качестве среды не подойдет ни вода, ни масло, ни гели. Даже если погрузить деталь в жидкость, сигнал не сможет несколько раз проникнуть из жидкости в металл и обратно без полного отражения. Для снижения акустического импеданса и повышения проникающей способности нужна твердая среда с более высокой скоростью распространения ультразвуковых волн и более высокими допустимыми углами падения. То есть не вода, а лед.
Проблема же в том, что при замерзании в воде неизбежно образуются пузырьки, и эти самые пузырьки будут регистрироваться как ложные дефекты. Значит, воду нужно как-то заморозить без образования пузырьков. К тому же, при переходе из жидкого в твердое агрегатное состояние плотность воды падает, а объем растет, что может привести к растрескиванию получаемого льда. Эти проблемы ученый решил предварительной вакуумной дегазацией, а затем медленным охлаждением жидкости и детали в открытом сосуде и постоянным перемешиванием — так, чтобы среда равномерно промерзала и расширялась снизу вверх, а не снаружи к центру, а остатки растворенного в воде воздуха при кристаллизации вытеснялись наружу.
Опытную систему для приготовления кристально прозрачного льда Франческо построил из всякой бытовой и не очень всячины, купленной на Amazon — морозилки, сковородок, шпинделей, противней из алюминиевой фольги. Выглядит оборудование довольно монструозно, но работает — на выходе получаются идеально прозрачные для ультразвуковых волн ледяные цилиндры с упрятанными внутрь деталями. После ультразвукового обследования достаточно поместить ледяной блок в теплую воду и дождаться полного таяния, а затем извлечь и просушить деталь.
На следующем этапе исследований профессор планирует экспериментировать с коллоидными растворами различных наночастиц, чтобы сделать лед более плотным, прочным, тяжелым и в целом более похожим на исследуемые металлы. Доклад об имеющихся наработках ученый опубликовал по этой ссылке.

Демонстрация процесса:
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

9
Комментарии к статье

Комментарии

10.06.2019 в 16:23
2

Публикация мне напомнила анекдот про белую муху, которую выращивали ученые. А если серьезно, то я сомневаюсь в точности неразрущающего контроля на сложных деталях. Опыт проектирования и разработки уз приборов имеется.

10.06.2019 в 18:01
1

Есть 3 вида лжи: ложь, наглая ложь и УЗК))) А если серьёзно, то цифровая радиография уже более-менее справляется с такими задачами. С учётом трудозатрат и сложности интерпретации сигнала целесообразность такого метода под вопросом.

10.06.2019 в 17:07
0

А рентген уже не катит?

11.06.2019 в 13:00
0

Чувакам просто нужны бабки для продолжения проекта. Природу просто так не обманешь. Когда я учился на инженера-металлурга были очень интересные два предмета - кристаллография и металловедение. Даже там описывалось как правильно проводить контроль на однородность материала и его характеристики. А тут вешают лапшу на уши. Мне кажется, что весь мир катится в тарарым. Забыли все про фундаментальные законы физики. Капец короче.

10.06.2019 в 19:06
0

Благодарю!


Завораживающая музыка видео,
всё ждал, когда из цилиндра - зайца вытащат...

10.06.2019 в 20:59
0

Скорее всего это не лёд полученный в результате замерзания воды. Уж очень сомнительно, что вода. Про воду можно впаривать офисникам - они поверят.

10.06.2019 в 21:08
0

Про дегазацию воды повеселило))

11.06.2019 в 10:36
0

Уже давно для контроля 'выращенных' деталей используют компьютерную томографию (КТ).
Она не только показывает где расположен дефект, но и какая у него форм, объем, и прочее - исчерпывающий набор трехмерных данных.

Сейчас даже возможно провести 'виртуальный краш-тест' детали, на основе данных КТ и обнаруженных дефектов.

Аппараты хоть и редкие (от того что дорогие), но есть в 'ФГУП НАМИ' (г. Москва) и 'Остек' (г. Владимир), работают как с пластиками так и с металлами.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Часики на экструдер.

Масштабная модель (1:10) завода по производству горючих жидкостей. (Промышленный макет)

Печать деталей из полиамида

Мощная постзасветка UV напечатанных фотополимерных моделей. На коленке, но не совсем

Результаты розыгрыша поездки на 3Dtoday Fest перенесены на 23.09.19

Убийца Апекса)) Точильный станок на 3Д ПРИНТЕРЕ, Knife Sharpener for 3D PRINTER