Ледяной осмотр может выявить дефекты в напечатанных деталях

Мы все чаще видим, как металлические компоненты с 3D-печатью используются в таких областях, как авиация, где малейшие отклонения могут быть катастрофическими. Поэтому очень важно проверить эти элементы на наличие структурных дефектов перед их установкой, и лучший способ сделать это может заключаться в замораживании их во льду.

Поскольку такие детали изготавливаются (в большинстве случаев) путем нанесения или плавления последовательных слоев металла, проверка твердого материала может выполняться только после изготовления деталей.

В отличие от этого, когда детали традиционно обрабатываются из цельного металлического блока, относительно легко сначала проверить этот блок на наличие трещин или других повреждений, пропустив через него ультразвуковые волны - волны будут отскакивать от любых неровностей внутри блока.

Проблемы проверки и её решение

К сожалению, если вы попытаетесь пропустить ультразвуковые волны через металлическую деталь, напечатанную на 3D-принтере, эти волны будут отражаться от кривых и углов ее поверхности, маскируя то, на что стоило бы обратить внимание.

Для этого необходимо погрузить деталь в материал, который по плотности похож на металл, чтобы ультразвуковые волны могли беспрепятственно проходить как через этот материал, так и через деталь, напечатанную на 3D-принтере, отражая только дефекты. Франческо Симонетти, профессор аэрокосмической техники в Университете Цинциннати, обнаружил, что лед может служить окружающим материалом (известным как связующая среда).

В лабораторных тестах он успешно использовал установку, созданную из «вещей, купленных на Amazon», чтобы сначала заморозить металлические объекты, напечатанные на 3D-принтере, внутри ледяного цилиндра, а затем найти любые неисправности в них, пропустив ультразвуковые волны через этот цилиндр. Лед, однако, не должен содержать трещин или пузырьков, которые звуковые волны могут обнаружить как неровности - он должен быть кристально чистым.

Трещины во льду

Со своей стороны, трещины обычно возникают при замерзании воды снаружи сосуда внутрь, в результате чего образуется жидкое ядро. Поскольку это ядро в свою очередь замерзает и расширяется, оно оказывает давление на оболочку, вызывая трещины. Чтобы этого не случилось, Симонетти сначала поместил 3D-печатные элементы в пустой цилиндр, затем наполнил его водой и использовал металлическую пластину на дне цилиндра, чтобы охладить воду с нижней части.

Это вызвало замерзание воды, начиная с нижней части цилиндра, а не по бокам, расширяясь до самого верха емкости. Внутреннего давления не было, поэтому трещины тоже отсутстаовали. Чтобы препятствовать образованию пузырьков, воду механически перемешивали при охлаждении.

Это удерживало растворенный воздух в воде от образования пузырьков вдоль «фронта замерзания», то есть области, где формирующийся лед встречается с еще жидкой водой. Хотя получаемый ультрачистый лед хорошо работает в качестве связующего вещества, он все же не идеален.

С этой целью Симонетти планирует экспериментировать с нанотехнологиями помещая частицы в воду, в результате чего получается более плотный, более тяжелый и прочный лед, который еще больше похож на металл.