美國宇航局(NASA)和其他組織或公司在將增材製造(AM,即3D打印)用於(yu) 他們(men) 的高價(jia) 值部件生產(chan) 時所麵臨(lin) 的共同問題是,該技術不僅(jin) 重新定義(yi) 了產(chan) 品製造的方式,而且也重新定義(yi) 了對產(chan) 品進行測試和評估的方式。尤其是當增材製造的部件被用於(yu) 某些關(guan) 鍵的應用,並對一個(ge) 項目的安全和成功有直接的影響的時候,確保它們(men) 的質量和可靠性就變得非常重要。 但是,由於(yu) 這些零部件往往形狀非常複雜,而且在製造的時候是一體(ti) 式一次製造完成的。因此使用傳(chuan) 統的方法進行檢測和測試而不對部件造成影響是很困難的,如果不是不可能的話。
正如NASA空間技術任務理事會(hui) 首席研究員LaNetra Tate所說的那樣:“3D打印是一次打印整個(ge) 零部件。使用傳(chuan) 統製造方法,你可以製造、檢驗,再製造、再檢驗,但是對於(yu) 3D打印來說,你一下子就完成了整個(ge) 過程。我們(men) 需要了解到底怎樣才能有效地對這些部件進行質量檢驗。”
對於(yu) 用傳(chuan) 統製造工藝製成的部件,它的屬性和性能相對來說更容易預測和把握。這些工藝也有完善的標準和程序進行驗證或測試。而對於(yu) 3D打印來說,ASTM的F42委員會(hui) 和其他國際機構才剛剛開始著手進行增材製造/3D打印的標準化。
在航空航天領域,一些通常用於(yu) 傳(chuan) 統製造零部件的破壞性試驗卻無法用於(yu) 增材製造的零部件,因為(wei) 它們(men) 往往是一次性的和而且製造成本極其昂貴的。此外,由於(yu) 增材製造的零部件是一層層創建的,它們(men) 的屬性更加難以預測。
對於(yu) NASA來說,這就是他們(men) 的無損評估(NDE, Nondestructive evaluation)工作組,或NNWG,的用武之地了。NASA和Jacobs科技公司的材料科學家Jess Waller博士高度評價(jia) 了它的作用:“增材製造零部件的獨特性給產(chan) 品質量檢驗帶來了挑戰,而它正好適合使用NDE,對於(yu) 那些具有複雜幾何形狀的零部件很難通過傳(chuan) 統手段進行檢驗。而NDE能夠滿足增材製造部件所有獨特的檢驗要求。”
NNWG將開發出NDE方法以首先檢驗和測試那些用於(yu) 發射應用的增材製造部件,然後再是太空中應用的增材製造部件。對於(yu) 增材製造來說,這些方法可以用在零部件製造過程中,對於(yu) 每一層進行評估,或者在零部件製造之後。Waller 指出,“這將是首開先河——專(zhuan) 門針對增材製造部件的標準,而且NASA正在獲得領先優(you) 勢。這是我們(men) 在增材製造領域獲得的一個(ge) 難得的機會(hui) ,與(yu) 傳(chuan) 統製造方法完全不同。你可以開發一個(ge) 零部件的NDE建造記錄,告訴你零部件每一層的屬性是什麽(me) 。”
當然,這將需要開發出新的NDE方法。典型的渦流檢測或滲透測試可能會(hui) 是有問題的。因為(wei) 通常未完成的增材製造部件表麵會(hui) 比較粗糙,並且需要拋光。即使是X射線計算機斷層掃描(CT),雖然這種方法非常適合評估部件的深層內(nei) 部特征和屬性,但它仍有其局限性,即它不能檢測出垂直於(yu) x射線束的裂紋。然而NDE的方向是可行的,因為(wei) 它優(you) 化了複雜增材製造部件的測試,並能實現標準化,同時由於(yu) 其非入侵的方式,又具有潛在的成本效益與(yu) 廣泛的適用性。
目前已經有多個(ge) 組織(政府和商業(ye) ),如SpaceX公司、歐洲航天局、洛克希德·馬丁公司、波音公司等,在與(yu) NASA進行這方麵的合作,預計很快就會(hui) 有一整套專(zhuan) 門針對增材製造的全新無損檢測(NDE)方法出現,這一方法不僅(jin) 適用於(yu) 航空航天領域,同樣也會(hui) 適用於(yu) 其它行業(ye) 的應用。
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