Die additive Fertigung hat neue Möglichkeiten für die Luft- und Raumfahrt eröffnet, aber auch neue Herausforderungen bei der Prüfung mit sich gebracht. Raue, poröse AM-Oberflächen können fluoreszierendes Eindringmittel einschließen, was zu einer Hintergrundfluoreszenz führt, die kritische Fehler verdecken kannt. In diesem Blog untersuchen wir, warum die herkömmliche fluoreszierende Eindringprüfung bei additiv gefertigten Teilen an ihre Grenzen stoßen kann und wie Magnaflux ein hybrides Verfahren A/D entwickelt hat, das die Entfernung des Eindringmittels verbessert und gleichzeitig eine hohe Prüfempfindlichkeit beibehält.
In diesem Artikel erfahren Sie:
Die additive Fertigung ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Bauteile schichtweise aufgebaut werden, anstatt sie aus dem Vollen zu fräsen oder durch Gießen und Schmieden zu formen. Die oft als „3D-Druck“ bezeichnete additive Fertigung umfasst verschiedene Technologien, darunter Pulverbettverfahren (PBF), gerichtete Energieeinbringung (DED), Binder-Jetting, Materialextrusion und andere.
Im Gegensatz zur traditionellen subtraktiven Fertigung, bei der Material abgetragen wird, um eine endgültige Geometrie zu erzeugen, trägt die additive Fertigung Material selektiv nur dort auf, wo es benötigt wird. Dies ermöglicht die Herstellung hochkomplexer Geometrien, innerer Kanäle, Gitterstrukturen und Leichtbaukonstruktionen, die mit herkömmlichen Methoden oft unmöglich oder unpraktisch herzustellen sind.
Obwohl die additive Fertigung erhebliche Designfreiheit und Fertigungsvorteile bietet, bringt sie auch einzigartige Fehlermechanismen und Prüfherausforderungen mit sich.
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Wussten Sie schon?Die additive Fertigung (3D-Druck) wurde in den frühen 1980er Jahren erfunden. Es war der amerikanische Ingenieur Chuck Hull, der 1983 die Stereolithografie (SLA) erfand, das erste kommerziell erfolgreiche 3D-Druckverfahren. |
Metallische AM-Bauteile unterscheiden sich grundlegend von Guss-, Schmiede- und Walzprodukten. Die schichtweise Fertigung kann zu Unregelmäßigkeiten führen, wie zum Beispiel:
Diese Unregelmäßigkeiten können praktisch an jeder Stelle innerhalb eines Bauteils auftreten und je nach Bauorientierung, Prozessparametern, Rohstoffqualität und Nachbearbeitungsvorgängen erheblich variieren.
Aus diesem Grund erfordern AM-Bauteile für die Luft- und Raumfahrt häufig mehrere komplementäre ZfP-Methoden, darunter Computertomografie (CT), Ultraschallprüfung (UT), Wirbelstromprüfung (ET), Röntgenprüfung (RT) und Eindringprüfung (PT).
Die fluoreszierende Eindringprüfung (FPI) bleibt eine der empfindlichsten und kostengünstigsten Methoden zur Erkennung von oberflächenoffenen Fehlern. Bei korrekter Anwendung kann die FPI Folgendes aufdecken:
Das Verfahren beruht auf Kapillarwirkung, die es fluoreszierenden Eindringmitteln ermöglicht, in enge Oberflächenöffnungen einzudringen. Überschüssiges Eindringmittel wird anschließend entfernt und die Anzeigen werden zur Inspektion unter UV-A-Licht ausgewertet. Die Wirksamkeit der Eindringprüfung hängt jedoch stark vom Oberflächenzustand ab.
AM-Oberflächen weisen häufig eine unregelmäßige Beschaffenheit auf, die nach dem Waschen Eindringmittel zurückhalten kann. Dies erzeugt einen übermäßigen Hintergrundfluoreszenz, der den Kontrast der Anzeigen verringert und Unregelmäßigkeiten verdeckt.
Viele AM-Oberflächen sind zu rau, unregelmäßig oder porös für eine effektive Eindringprüfung ohne Oberflächenbehandlung.
Bearbeitung, Abrieb, Schleifen, Strahlen und/oder Ätzen sind oft erforderlich, um die Hintergrundfluoreszenz zu minimieren. Eine unsachgemäße Vorbereitung kann jedoch Material über Unregelmäßigkeiten schmieren und die Fehlererkennbarkeit verringern.
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Wichtigste ErkenntnisDie fluoreszierende Eindringprüfung ist ein bewährtes Verfahren zur Erkennung von oberflächenoffenen Fehlern, aber die einzigartigen Oberflächeneigenschaften additiv gefertigter Teile erfordern oft eine sorgfältige Vorbereitung, um die Prüfzuverlässigkeit zu maximieren. |
Kunden berichteten von erheblichen Schwierigkeiten bei der Prüfung additiv gefertigter Luft- und Raumfahrtkomponenten mit etablierten fluoreszierenden Eindringverfahren. Das Hauptproblem betraf die Unterseiten (Downskin-Flächen), die bei niedrigen Bauwinkeln entstanden. Diese Oberflächen wiesen erhöhte Porositätswerte auf, die selbst nach Standard-Entfernungsprozessen Eindringmittel zurückhielten, was zu übermäßiger Hintergrundfluoreszenz und verdeckten Anzeigen führte.
Um dieses Problem anzugehen, wurden Testplatten aus Inconel 718 und Kobalt-Chrom-Legierungen in verschiedenen Bauwinkeln von 30° bis 90° hergestellt. Sowohl in die Oberseiten (Upskin) als auch in die Unterseiten (Downskin) wurden EDM-Kerben eingebracht, um messbare Empfindlichkeitsziele zu erhalten.
Erste Bewertungen mit herkömmlichen Eindringverfahren zeigten eine schlechte Entfernbarkeit und eine inakzeptable Prüfleistung auf den Unterseiten.
Tests ergaben, dass die größte Herausforderung nicht die Empfindlichkeit des Eindringmittels war, sondern die Fähigkeit, überschüssiges Eindringmittel von porösen AM-Oberflächen zu entfernen, ohne das Eindringmittel aus den relevanten Unregelmäßigkeiten zu entfernen.
Für eine erfolgreiche Prüfung war es notwending den wasser-abwaschbaren Spülprozess (Methode A) mit einem Emulgator (Methode D) zu ergänzen. Nach umfangreichen Experimenten entwickelte Magnaflux ein Hybridverfahren, das ZL-67B, ein wasserabwaschbares fluoreszierendes Eindringmittel der Stufe 3, Methode A, mit ZR-10C, einem hydrophilen Entferner der Methode D, und ZP-9F, einem Entwickler auf Lösungsmittelbasis der Form D/E, kombiniert. Der resultierende Ansatz bot die ausgewogenste Kombination aus Empfindlichkeit und Entfernbarkeit über alle AM-Oberflächen hinweg, die in allen Bauwinkeln hergestellt wurden.
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Warum diese Produktkombination funktioniertDie auf Tensiden basierende Chemie von Magnaflux ZL-67B ermöglicht es, dass es während des gesamten Waschzyklus weiterhin entfernt wird. ZR-10C ist ein sanfter, aber effektiver Entferner, der oberflächliches Eindringmittel emulgiert, während das in Defekten eingeschlossene Eindringmittel an Ort und Stelle bleibt. ZP-9F bietet eine hervorragende Aufnahmefähigkeit für das Eindringmittel und fügt im Gegensatz zu einigen anderen Entwicklern keine Fluoreszenz hinzu, was dazu beiträgt, den Hintergrund auf ein Minimum zu reduzieren. |
Durch die Optimierung der Entfernung von überschüssigem Eindringmittel können Prüfer gleichbleibende Ergebnisse bei den unterschiedlichen Oberflächenbedingungen erzielen, die durch additive Fertigung entstehen.
Der optimierte Prozess umfasst:
Anstatt sich auf die Entfernung mit Wasser zu verlassen, nutzt der Prozess eine kontrollierte chemische Wirkung, um überschüssiges Eindringmittel von der porösen AM-Oberfläche zu entfernen, während das in relevanten Diskontinuitäten eingeschlossene Eindringmittel erhalten bleibt.
Interne Tests zeigten letztendlich, dass:
Da sich die additive Fertigung in Luft- und Raumfahrtanwendungen immer weiter ausbreitet, stehen herkömmliche Eindringprüfverfahren vor zunehmenden Herausforderungen im Zusammenhang mit rauen Oberflächen, oberflächennaher Porosität und komplexen Geometrien.
Die gemeinsame Entwicklungsarbeit an repräsentativen AM-Paneelen für die Luft- und Raumfahrt zeigt, dass diese Herausforderungen durch Prozessinnovationen bewältigt werden können. Durch die Kombination eines Magnaflux-Eindringmittels der Stufe 3, Methode A, mit einer modifizierten Prozesssequenz der Methode D entwickelte Magnaflux einen hybriden Ansatz, der die Entfernung von überschüssigem Eindringmittel erheblich verbessert und gleichzeitig die Fehlerempfindlichkeit auf schwierigen AM-Unterseiten (Downskin) bewahrt. Es ist wichtig zu bedenken, dass es sich hierbei um eine experimentelle Methodik handelt und nicht um ein offiziell zugelassenes Verfahren gemäß Industriespezifikationen.
Da die Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend komplexe AM-Hardware qualifiziert und zertifiziert, könnten hybride Inspektionsansätze wie dieser einen praktischen Weg bieten, die bewährten Vorteile der fluoreszierenden Eindringprüfung auf die nächste Generation additiv gefertigter Komponenten auszudehnen.
Fordern Sie Muster an, indem Sie eine E-Mail an den Kundendienst unter support.de@magnaflux.com senden.
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