パウダーからパフォーマンスまで

航空宇宙用途向け AM 熱交換器

熱交換器は航空宇宙産業にとって重要な部品です。 伝統的に製造された部品では、プレート フィンのろう付けおよび溶接アセンブリが使用されており、その結果、品質部門にとって既知の厚さと粗さが得られます。 Raytheon Technologies が積層造形を使用して既存のファンダクト熱交換器を置き換えることを検討したとき、この多国籍航空宇宙および防衛メーカーはいくつかの課題に直面しました。

AM は生産を簡素化し、体積を削減するモノリシック部品を作成できますが、薄壁の厚さと粗さのばらつきにより、AM で生産される部品のビジネス ケースが悪化する可能性があります。 また、問題の表面は検査のために目に見えず、粗さは構築の向きに応じて変化します。 AM によって可能になる非伝統的な設計に移行するために、レイセオンはまず、そのプロセスが指定された厚さの滑らかな内壁を生成できることを証明する必要がありました。

Raytheon は AM 部品に必要なデータの完全性と品質をどのようにして達成できたのでしょうか? ツァイス グループは、AlSi10Mg 熱交換器の内部特徴を非破壊的に検査するための工業用コンピューター断層撮影および X 線顕微鏡イメージングを備えたソリューションを提供しました。

AlSi10Mg は、合金元素としてシリコンとマグネシウムを組み合わせたアルミニウム合金です。 組み合わせの結果、他のアルミニウム合金よりも大幅に強度と硬度が高い軽量部品が生まれます。 この靭性により、AlSi10Mg は航空宇宙部品の製造に最適です。

Raytheon は、Zeiss METROTOM X 線 CT システムを使用して、ボクセルあたり 60 µm で熱交換器の概要スキャンを実行し、壁の厚さと薄壁の隙間や亀裂をチェックしました。 ROI をさらに向上させるために、Zeiss Xradia Versa 620 を使用して、部品の上部と底部でボクセルあたり 15 μm およびボクセルあたり 3 μm で高解像度スキャンを実行しました。高解像度スキャンにより壁の厚さを検証し、表面粗さを確認することができました。測定される。

非破壊検査スキャンが完了すると、3D プリントされたファンダクト熱交換器が切断され、一致する上面 (表皮) と張り出した表面 (表皮下) の共構造共焦点顕微鏡検査用に同じ表面が明らかになります。 この発掘断面検査は、この研究のグラウンドトゥルースデータとして機能します。

X 線 CT スキャン データの位置合わせが完了すると、表面粗さ分析のために一致する表面が抽出されます。 結果は、共焦点顕微鏡で画像化された同様の抽出領域と比較されました。 より滑らかな表皮表面では、算術平均 (Sa) と最低谷 (Sv) の値はよく一致しました。 ただし、最も高いピーク (Sp) を取得するには、共焦点顕微鏡分析に適合する 15 μm 以下のボクセル サイズが必要です。 この不一致は、表面が最終パスによって表面に残された滑らかに重なったメルトプールの跡で構成されており、最も高いピークを構成する焼結粉末粒子が時折含まれるために発生します。

ボクセル サイズが予想される粉末サイズの分布よりも大きい場合、解析で粉末サイズのピークを検出できるかどうかは信頼できません。 ダウンスキン表面では、AM オーバーハング表面で予想されるように、Sa 値と Sv 値が増加します。 これらの表面には大きな粉末の集合体と単一の粉末粒子が含まれており、大きな山と谷のある非常に不規則な表面になります。

構築方向を考慮すれば、AM を使用してファン ダクト熱交換器を製造できます。 パラメータは、研磨のためにサポートしたりアクセスしたりできないオーバーハングした薄壁に対しても最適化する必要があります。 XRM と組み合わせた CT は、パラメータ開発中にフィードバックを得たり、最終部品を検査したりするための強力なツールです。

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