概括来说,当前NDE的局限性体现在
- 难以检测复杂设计
- 缺乏对关键缺陷类型和大小的定义
- 物理检测参考标准缺乏
- 缺乏书面检查程序
- 缺乏检测数据的概率统计
根据3D科学谷的研究,对于金属增材制造的复杂性可以区分为五个层面:1 简单的零件、2 优化的零件、3 带有嵌入式设计的零件、4 为增材制造设计的零件、5 复杂的胞元结构零件。
图:复杂的结构
在这方面,宾州大学将现今的检测方式针对这五个层面的检测有效程度做了分析。我们可以看到在第5个层级上只有X射线显微CT(X-ray Micro CT)是有效的检测手段。
图:各种检测方法相对于零件复杂性的可行性,来源:宾州大学
为了达到对复杂零件的检测,宾州大学采取了计算机X射线断层成像(X-Ray Computed Tomography)检测技术,该技术不仅被用于打印零件的检测,还被用于后处理零件的检测。
图:计算机X射线断层成像,来源:宾州大学
图:计算机X射线断层成像用于热等静压后处理结果的检测,来源:宾州大学
图:计算机X射线断层成像用于热等静压后处理结果的检测,来源:宾州大学
图:计算机X射线断层成像用于复杂产品的检测,来源:宾州大学
这其中,GE也将计算机X射线断层成像技术用于其著名的喷油嘴的检测中,从图片上我们可以看到经过热等静压的后处理工艺,GE改进了产品的内部晶体结构,并提高了产品的抗疲劳性能。
图:GE喷油嘴的检测,来源:GE
通过实现对复杂零件的检测,当前的增材制造行业有望将过程中加工参数与模型结构以及零件机械性能建立有效的相关性分析,随着材料特征数据库的建立,以及对加工过程中几何形状特征与重要的工艺变量之间关系的理解,3D科学谷认为我们将有望建立增材制造领域的知识专家系统,从而将金属增材制造推向另一个高度。
参考资料:
《无损检测》2016年第38卷第6期,作者:凌松,上海材料研究所助理工程师
Summary of NDE of AM efforts in NASA
Nondetestructive evaluation of additive manufacturing by NASA