Universität of Cincinnati: US-Forscher nutzen Eis und Ultraschallwellen zur zerstörungsfreien Prüfung (NDE) von 3D-Druckteilen aus Metall

Francesco Simonetti ist Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Cincinatti und Experte auf dem Gebiet von Schallwellen. Für die zerstörungsfreie Prüfung (NDE-Verfahren) von Metallteilen aus dem 3D-Drucker verwendete Simonetti jetzt zusätzlich Eis und konnte so Verbesserungen bei den 3D-gedruckten Bauteilen erzielen. Für den praktischen Test seiner Forschungsarbeit lies er sich extra eine Maschine bauen.

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Ein Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Cincinnati hat sich einen interessanten, neuen Ansatz für die Inspektion von 3D-gedruckten Metallteilen überlegt, zur Identifizierung von Fehlern in ihrer Struktur. Bei der Technik wird Eis mit Ultraschallwellen kombiniert, um mögliche Fehler zu beseitigen. Das Verfahren wird auch als Cryo-Ultrasonic NDE bezeichnet und von Professor Francesco Simonetti in einer Studie vorgestellt.

Simonetti ist ein Experte für Schallwellen und hat seinen Forschungsschwerpunkt kürzlich auf die Anwendung von Eis konzentriert. Im Rahmen dieser Forschung erkannte der Ingenieurprofessor, dass die Art und Weise, wie Schallwellen mit Eis interagieren, eine neue Möglichkeit bieten könnte, metallische 3D-Druckkomponenten genauer auf Fehler zu untersuchen und so noch sicherer für den industriellen Einsatz zu machen.

NDE-Verfahren

Die zerstörungsfreie Prüfung (NDT, auch bekannt als zerstörungsfreie Bewertung (NDE), ist eine effektive Methode, um die Materialeigenschaften eines Bauteils zu überprüfen, ohne es zu beschädigen. Zu den gängigen und effektiven NDT-Methoden gehören die Röntgen-Computertomographie (XCT) zur Entschlüsselung interner Defekte und die Flüssigpenetrationsprüfung (LPI) auf Oberflächenrisse.

Wie zu erwarten ist, ist der Prozess nicht ganz so einfach wie das Befüllen einer Eiswürfelschale. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, muss das Eis kristallklar sein – ohne Risse oder Blasen – damit die Ultraschallwellen nicht aufprallen. Simonettis Lösung: Eine maßgeschneiderte Maschine, die in der Lage ist, Wasser einzufrieren und ohne dabei Blasen, Risse oder Trübungen zu verursachen.

Bau einer Sondermaschine notwendig

Cryoultrasonic NDE
Die von Professor Francesco Simonetti entwickelt Sondermaschine für das Cryoultrasonic NDE-Verfahren, zur Untersuchung 3D-gedruckte Metallteile (Bild © Screenshot: 3D-grenzenlos Magazin; Videoquelle: Ultrasonic Imaging Laboratory/Youtube).

Diese Sondermaschine wurde von Simonetti gebaut und besteht aus einem Zylinder mit Metallboden und Kunststoffseiten. Bei der Herstellung des Eises legt der Forscher das 3D-Druckteil in den Zylinder und füllt es dann mit Wasser. Dann wird der Metallboden des Eisbereiters gekühlt, wodurch das Wasser von unten nach oben (und nicht von außen nach innen) gefriert. Wenn das Wasser um das Teil herum gefriert, dehnt es sich bis zur offenen Oberseite des Zylinders aus und nicht nach außen, wodurch die Gefahr von Rissen reduziert wird.

Trotz seiner Bemühungen und interessantem Forschungsansatzes hat auch das Eis seine Grenzen. Simonetti erklärt: „Im Idealfall wäre es perfekt, wenn das Kopplungsmedium aus dem gleichen Material wie das Teil hergestellt wäre. Aber das ist bei so etwas wie flüssigem Titan nicht praktikabel. Experimentell konnte man es nicht entfernen.“

Simonetti und Fox experimentieren nun mit der Zugabe von Suspensionen von Nanopartikeln zum Wasser, um dichteres, schwereres, stärkeres Eis zu erzeugen, das dem Metall näher kommt. und so noch bessere Ergebnisse bei der Untersuchung von Metallteilen aus dem 3D-Drucker liefert.

Video: Cryoultrasonic NDE

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