Do pó ao desempenho

Trocadores de calor AM para aplicações aeroespaciais

Os trocadores de calor são peças críticas para a indústria aeroespacial. A peça fabricada tradicionalmente utiliza conjuntos de placas brasadas e soldadas, que resultam em espessuras e rugosidades conhecidas pelos departamentos de qualidade. Quando a Raytheon Technologies explorou o uso da manufatura aditiva para substituir os trocadores de calor de dutos existentes, o fabricante multinacional aeroespacial e de defesa encontrou alguns desafios.

Embora a AM possa criar peças monolíticas que simplificam a produção e reduzem o volume, a variação de espessura e rugosidade das paredes finas pode degradar o negócio das peças produzidas em AM. E as superfícies em questão não são visíveis para inspeção e a rugosidade muda dependendo da orientação da construção. Para mudar para designs não tradicionais habilitados pelo AM, a Raytheon primeiro precisava provar que o processo pode produzir paredes internas lisas de uma espessura especificada.

Como a Raytheon poderia alcançar a integridade e a qualidade dos dados necessárias para as peças AM? O Zeiss Group forneceu a solução com tomografia computadorizada industrial e imagens de microscopia de raios X para inspecionar de forma não destrutiva os recursos internos de um trocador de calor AlSi10Mg.

AlSi10Mg é uma liga de alumínio que combina silício e magnésio como elementos de liga. O resultado da combinação são peças leves que são significativamente mais fortes e duras do que outras ligas de alumínio. Essa tenacidade torna o AlSi10Mg ideal para a fabricação de peças aeroespaciais.

A Raytheon usou um sistema de tomografia computadorizada Zeiss METROTOM para realizar uma varredura geral do trocador de calor a 60 µm por voxel para verificar a espessura da parede e lacunas ou rachaduras nas paredes finas. Para melhorar ainda mais o ROI, varreduras de alta resolução foram concluídas na parte superior e inferior da peça a 15 µm por voxel e 3 µm por voxel em um Zeiss Xradia Versa 620. As varreduras de alta resolução verificaram a espessura da parede e permitiram que a rugosidade da superfície diminuísse. ser medido.

Depois que as varreduras de inspeção não destrutivas foram concluídas, o trocador de calor do duto do ventilador impresso em 3D foi seccionado para revelar as mesmas superfícies para microscopia confocal conformacional da superfície superior correspondente (pele superior) e superfície saliente (pele inferior). Esta inspeção de seção escavada atua como um dado fundamental para este estudo.

Uma vez alinhados os dados da tomografia computadorizada de raios-X, as superfícies correspondentes foram extraídas para análise da rugosidade da superfície. Os resultados foram comparados com uma região extraída semelhante, fotografada com microscopia confocal. Na superfície da pele mais lisa, os valores da média aritmética (Sa) e do vale mais baixo (Sv) alinharam-se bem. Mas, para captar os picos mais altos (Sp), é necessário um tamanho de voxel de 15 µm ou menor para corresponder à análise do microscópio confocal. Essa discrepância ocorre porque a superfície é composta de faixas de fusão suaves sobrepostas deixadas na superfície pela passagem final e com a ocasional partícula de pó sinterizado para formar os picos mais altos.

Quando o tamanho do voxel é maior do que a distribuição de tamanho de pó esperada, a análise não pode ser confiável para detectar os picos de tamanho de pó. Nas superfícies de revestimento inferior, os valores de Sa e Sv aumentam conforme o esperado para as superfícies de balanço AM. Essas superfícies contêm grandes conglomerados de pó e partículas de pó simples, o que leva a superfícies altamente irregulares com grandes picos e vales.

AM pode ser usado para produzir trocadores de calor de dutos de ventilação se a orientação de construção for considerada. Os parâmetros também devem ser otimizados para a parede fina saliente, que não pode ser suportada ou acessada para polimento. CT combinado com XRM é uma ferramenta poderosa para obter feedback durante o desenvolvimento de parâmetros e para inspeção de peças finais.

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