Технология лазерно-ультразвуковой структуроскопии поможет следить за качеством 3D-печатных изделий

Исследовательская группа НИТУ «МИСиС» разработала прибор лазерно-ультразвуковой диагностики материалов с разрешением в субмиллиметровом диапазоне. Новая разработка может найти применение в контроле качества изделий машиностроительного и аэрокосмического секторов, включая детали, изготовленные с применением аддитивных технологий. Мелкие дефекты металлических и композитных изделий, подверженных переменным напряжениям, могут с легкостью перерасти в крупные трещины и в итоге привести к разрушению деталей. Особенна эта проблема актуальна в авиастроении, где нарушение целостности силовых элементов легко может привести к катастрофе с человеческими жертвами. Добавляет пикантности текущий тренд перехода на изделия, изготовленные с помощью 3D-печати. Такие гиганты, как Airbus и Boeing активно экспериментируют с 3D-печатными компонентами воздушных аппаратов, но в то же время остается нерешенным вопрос прочности и устойчивости к механической усталости деталей, изготовленных методами селективного лазерного спекания (SLS) и наплавления (SLM).

Очевидно, что для контроля качества таких изделий необходимы современные средства диагностики, позволяющие находить дефектные очаги. Одним из решений должна стать технология лазерно-ультразвуковой структуроскопии, разработанная под руководством доктора физико-математических наук, профессора Александра Карабутова. Лазерно-ультразвуковой структуроскоп обладает повышенным пространственным разрешением до 50 микрон с проникающей способностью до 40 мм. Устройство позволяет получать объемные изображения изделий и оценивать механические характеристики и форму дефектов. В частности, становится возможным обнаружение расслоений между последовательными слоями композитных материалов.

«В отличие от традиционного УЗИ, в лазерно-ультразвуковой структуроскопии для создания зондирующих импульсов используется лазер, а для регистрации эхо-сигналов – сверхширокополосные пьезоприемники. Это позволяет повысить в шесть-десять раз пространственное разрешение УЗ-контроля, а также его чувствительность, получать количественную информацию о состоянии материала – упругих модулях, пористости, напряженных состояниях, различать жесткие и мягкие неоднородности. Измерения могут быть автоматизированы, что повышает достоверность контроля», – поясняет профессор Карабутов.

«Переход авиастроительной отрасли на 3D-печатные изделия обладает огромным потенциалом с точки зрения экономичности и кастомизации, но сопряжен с определенными трудностями технического характера. Изделия, получаемые спеканием или плавлением металлических порошков, не всегда обладают предсказуемой структурой, а гарантировать отсутствие микротрещин после остывания и усадки невозможно. Формулированием российских стандартов качества аддитивного производства занимается специально созданный технический комитет на базе Всероссийского института авиационных материалов, а разработка МИСиС может стать инструментом, необходимым для контроля качества готовых изделий согласно разрабатываемым правилам», – считает руководитель портала 3Dtoday Сергей Пушкин.

Прототип новой автоматизированной системы неразрушающего контроля был успешно испытан на углепластиковых кессонах крыла пассажирского лайнера во время нагрузочных испытаний. Мелкосерийное производство уже началось с расчетом на удовлетворение нужд отечественной авиакосмической промышленности.

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.