Vibrant無損檢測公司評估3D打印的高超音速推進系統零件

為了將高超音速技術變為現實，需要開發高性能的材料，或者以創新的方式利用這些現有材料。高超音速飛行器在工作時需要承受極端的高溫和壓力，因此優化、減輕重量的3D打印結構是十分必要的。將高性能3D打印金屬和陶瓷相結合，能夠滿足上述挑戰。2023年9月，南極熊獲悉，美國國防部的明日輕量級創新 (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3D打印高超音速推進系統的開發。

洛克希德公司在這一領域發揮了關鍵作用，提出了一種3D打印沖壓發動機，旨在升級成超燃沖壓發動機。洛克希德公司使用粉末床與 Inconel 718 材料融合進行了實驗項目設計，然后在 Velo3D Sapphire 1 MZ 機器上 3D 打印兩個 751 mm高的沖壓噴氣發動機,這些組件的壁極薄，并布滿 500 微米的孔。然后，需要對這些零件進行后續測試，以證明系統可靠性，并推動機器的升級發展。LIFT 工程總監 John Keogh 博士說道：“增材制造是一種相對較新的制造工藝，需要驗證和認證服務和關鍵任務應用的零件。目前需要一種數據驅動的方法來測試和認證打印機中的組件，而不是統計驅動的方法，在統計驅動的方法中，您必須首先構建多個部件，然后才收集統計性能數據（通斷）。我們的目標是識別過程數據和快速后處理檢查中發現的物理質量特征，以準確地驗證組件是否能夠滿足高超音速飛行的嚴酷要求。”



該團隊采用 Vibrant 的過程補償共振測試 (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、適當的孔隙率和整體構建質量。隨后將共振數據與現場監測相結合，然后分析這些組合信息以微調最佳機器參數。

當以 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寬的半徑。但站在空氣動力學角度看，高超音速飛行器需要某些領先優勢，并在高超音速下具有強大的復合和動態力量。它是空氣動力學、力學、熱管理和化學的融合，具有很大的挑戰，解決這些挑戰必須使用能夠在這些環境中生存的極高溫材料。



這項工作由 LIFT 管理，LIFT 的預算超過 1 億美元，擁有超過 300 家學術機構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賽，該挑戰賽是代表國防部負責研究和工程的國防部副部長辦公室進行的，重點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。

團隊的目標是利用這些數據以及進一步的實驗來準確預測和評估 3D 打印零件的疲勞特性。最終目標是生產“天生認證”的部件，這些部件是從已經滿足質量標準的機器中生產出來的。鑒于高超音速技術帶來的復雜挑戰，此項目需要巨大的合作。高超音速技術本質上是一項團隊努力，任何一家公司都無法單獨解決這個難題。這項技術代表了技術的終極制高點，有望對未來的全球電力動態產生重大影響。因此，這一舉措是一個良好的開端，預計會看到更多此類合作項目。

什么是PCRT？



PCRT 是先進的共振測試，可通過檢測其他 NDT 方法無法檢測到的過程變化和結構缺陷來提高安全性和運營經濟性。PCRT 也是破壞性取樣的經濟替代品，破壞性取樣可能會遺漏關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、維護維修機構和運營商降低故障風險，同時最大限度地延長零件壽命。

PCRT 為制造和維護應用提供各種測試服務，旨在確認零件完整性和檢測缺陷。服務包括：
●異常值篩選
●目標缺陷檢測
●生命監測
●制造過程控制
●關鍵過程驗證
●材料表征

來源：南極熊