Vibrant無損檢測公司評估3D打印的高超音速推進(jìn)系統(tǒng)零件

為了將高超音速技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，需要開發(fā)高性能的材料，或者以創(chuàng)新的方式利用這些現(xiàn)有材料。高超音速飛行器在工作時需要承受極端的高溫和壓力，因此優(yōu)化、減輕重量的3D打印結(jié)構(gòu)是十分必要的。將高性能3D打印金屬和陶瓷相結(jié)合，能夠滿足上述挑戰(zhàn)。2023年9月，南極熊獲悉，美國國防部的明日輕量級創(chuàng)新 (LIFT)研究所與Velo3D、Lockheed Martin(洛克希德公司)和Vibrant合作(無損檢測公司)，致力于推進(jìn)3D打印高超音速推進(jìn)系統(tǒng)的開發(fā)。



洛克希德公司在這一領(lǐng)域發(fā)揮了關(guān)鍵作用，提出了一種3D打印沖壓發(fā)動機(jī)，旨在升級成超燃沖壓發(fā)動機(jī)。洛克希德公司使用粉末床與 Inconel 718 材料融合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)項目設(shè)計，然后在 Velo3D Sapphire 1 MZ 機(jī)器上 3D 打印兩個 751 mm高的沖壓噴氣發(fā)動機(jī),這些組件的壁極薄，并布滿 500 微米的孔。然后，需要對這些零件進(jìn)行后續(xù)測試，以證明系統(tǒng)可靠性，并推動機(jī)器的升級發(fā)展。

LIFT 工程總監(jiān) John Keogh 博士說道：“增材制造是一種相對較新的制造工藝，需要驗(yàn)證和認(rèn)證服務(wù)和關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的零件。目前需要一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來測試和認(rèn)證打印機(jī)中的組件，而不是統(tǒng)計驅(qū)動的方法，在統(tǒng)計驅(qū)動的方法中，您必須首先構(gòu)建多個部件，然后才收集統(tǒng)計性能數(shù)據(jù)（通斷）。我們的目標(biāo)是識別過程數(shù)據(jù)和快速后處理檢查中發(fā)現(xiàn)的物理質(zhì)量特征，以準(zhǔn)確地驗(yàn)證組件是否能夠滿足高超音速飛行的嚴(yán)酷要求。”



該團(tuán)隊采用 Vibrant 的過程補(bǔ)償共振測試 (PCRT) 來評估組件。這種快速、無損的方法使用組件的自然共振頻率來檢查裂紋、閉塞、適當(dāng)?shù)目紫堵屎驼�體構(gòu)建質(zhì)量。隨后將共振數(shù)據(jù)與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合，然后分析這些組合信息以微調(diào)最佳機(jī)器參數(shù)。

當(dāng)以 5 馬赫或以上的速度行駛時，飛行器前緣處的熱量非常高。如果前端具有較小的半徑，會產(chǎn)生巨大的加熱溫度，這就是為什么來自太空的再入飛行器具有相當(dāng)寬的半徑。但站在空氣動力學(xué)角度看，高超音速飛行器需要某些領(lǐng)先優(yōu)勢，并在高超音速下具有強(qiáng)大的復(fù)合和動態(tài)力量。它是空氣動力學(xué)、力學(xué)、熱管理和化學(xué)的融合，具有很大的挑戰(zhàn)，解決這些挑戰(zhàn)必須使用能夠在這些環(huán)境中生存的極高溫材料。



這項工作由 LIFT 管理，LIFT 的預(yù)算超過 1 億美元，擁有超過 300 家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和公司的多元化成員。該研究所的另一項重大舉措是高超音速挑戰(zhàn)賽，該挑戰(zhàn)賽是代表國防部負(fù)責(zé)研究和工程的國防部副部長辦公室進(jìn)行的，重點(diǎn)是確定有利于制造高超音速飛行器部件的材料和制造方法。

團(tuán)隊的目標(biāo)是利用這些數(shù)據(jù)以及進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來準(zhǔn)確預(yù)測和評估 3D 打印零件的疲勞特性。最終目標(biāo)是生產(chǎn)“天生認(rèn)證”的部件，這些部件是從已經(jīng)滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器中生產(chǎn)出來的。鑒于高超音速技術(shù)帶來的復(fù)雜挑戰(zhàn)，此項目需要巨大的合作。高超音速技術(shù)本質(zhì)上是一項團(tuán)隊努力，任何一家公司都無法單獨(dú)解決這個難題。這項技術(shù)代表了技術(shù)的終極制高點(diǎn)，有望對未來的全球電力動態(tài)產(chǎn)生重大影響。因此，這一舉措是一個良好的開端，預(yù)計會看到更多此類合作項目。

什么是PCRT？



PCRT 是先進(jìn)的共振測試，可通過檢測其他 NDT 方法無法檢測到的過程變化和結(jié)構(gòu)缺陷來提高安全性和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。PCRT 也是破壞性取樣的經(jīng)濟(jì)替代品，破壞性取樣可能會遺漏關(guān)鍵缺陷或不必要地報廢可維修部件。PCRT 為 100% 的零件群體提供高通量 NDT。通過快速測量整個零件的共振頻率來檢測缺陷和故障， 幫助世界各地的制造商、維護(hù)維修機(jī)構(gòu)和運(yùn)營商降低故障風(fēng)險，同時最大限度地延長零件壽命。

PCRT 為制造和維護(hù)應(yīng)用提供各種測試服務(wù)，旨在確認(rèn)零件完整性和檢測缺陷。服務(wù)包括：
●異常值篩選
●目標(biāo)缺陷檢測
●生命監(jiān)測
●制造過程控制
●關(guān)鍵過程驗(yàn)證
●材料表征