От пудры к производительности

Теплообменники AM для аэрокосмической техники

Теплообменники являются важными деталями для аэрокосмической промышленности. В традиционно изготовленных деталях используются паяные и сварные узлы с пластинчатыми ребрами, что обеспечивает известные для отделов качества толщины и шероховатости. Когда Raytheon Technologies изучала возможность использования аддитивного производства для замены существующих вентиляторных теплообменников, международный производитель аэрокосмической и оборонной промышленности столкнулся с несколькими проблемами.

Хотя АМ может создавать монолитные детали, которые упрощают производство и уменьшают объемы, различная толщина и шероховатость тонких стенок могут ухудшить экономическое обоснование для деталей, производимых АМ. Причем рассматриваемые поверхности не видны для осмотра, а шероховатость меняется в зависимости от ориентации сборки. Чтобы перейти к нетрадиционным конструкциям, возможным благодаря AM, компании Raytheon сначала нужно было доказать, что этот процесс позволяет создавать гладкие внутренние стенки заданной толщины.

Как Raytheon могла бы добиться полноты и качества данных, необходимых для запчастей AM? Zeiss Group предоставила решение с использованием промышленной компьютерной томографии и рентгеновской микроскопии для неразрушающего контроля внутренних характеристик теплообменника AlSi10Mg.

AlSi10Mg — это алюминиевый сплав, в котором в качестве легирующих элементов сочетаются кремний и магний. Результатом комбинации являются легкие детали, которые значительно прочнее и тверже, чем другие алюминиевые сплавы. Эта прочность делает AlSi10Mg идеальным для производства деталей аэрокосмической отрасли.

Компания Raytheon использовала рентгеновскую КТ-систему Zeiss METROTOM для выполнения обзорного сканирования теплообменника с разрешением 60 мкм на воксель, чтобы проверить толщину стенок, а также зазоры или трещины в тонких стенках. Для дальнейшего повышения рентабельности инвестиций были выполнены сканы с более высоким разрешением сверху и снизу детали с разрешением 15 мкм на воксель и 3 мкм на воксель на Zeiss Xradia Versa 620. Сканирования с более высоким разрешением проверяли толщину стенок и позволяли оценить шероховатость поверхности. быть измерено.

После завершения сканирования неразрушающим контролем напечатанный на 3D-принтере теплообменник воздуховода был разделен на секции, чтобы выявить те же поверхности для конформационной конфокальной микроскопии совпадающей верхней поверхности (верхняя оболочка) и нависающей поверхности (нижняя оболочка). Этот осмотр раскопанного участка служит исходными данными для данного исследования.

После выравнивания данных рентгеновской компьютерной томографии совпадающие поверхности были извлечены для анализа шероховатости поверхности. Результаты сравнивались с аналогичной извлеченной областью, полученной с помощью конфокальной микроскопии. На более гладкой поверхности кожи среднее арифметическое (Sa) и наименьшее значение долины (Sv) хорошо совпадали. Но чтобы уловить самые высокие пики (Sp), требуется размер вокселя 15 мкм или меньше, чтобы соответствовать анализу конфокальной микроскопии. Это несоответствие возникает из-за того, что поверхность состоит из гладких перекрывающихся дорожек ванны расплава, оставленных на поверхности при последнем проходе, и случайных частиц спеченного порошка, образующих самые высокие пики.

Когда размер воксела больше ожидаемого распределения порошка по размерам, нельзя доверять анализу в обнаружении пиков размера порошка. На нижних поверхностях значения Sa и Sv увеличиваются, как и ожидалось для нависающих поверхностей AM. Эти поверхности содержат крупные конгломераты порошка и отдельные частицы порошка, что приводит к образованию очень неровных поверхностей с большими выступами и впадинами.

AM можно использовать для изготовления канальных теплообменников с вентиляторами, если учитывать ориентацию конструкции. Параметры также должны быть оптимизированы для нависающей тонкой стенки, которую невозможно поддерживать или получить доступ для полировки. CT в сочетании с XRM — мощный инструмент для получения обратной связи во время разработки параметров и для проверки готовых деталей.

Связаться с нами