L’ESERCITO AMERICANO STUDIA LA MANUTENZIONE PREDITTIVA DI PARTI IN ACCIAIO STAMPATE IN 3D
Il CCDC Army Research Laboratory (ARL) dell’esercito americano ha scoperto un metodo per prevedere le prestazioni delle parti stampate in 3D e comprendere eventuali imperfezioni che possono influire sulle loro prestazioni.
Dettagliato in un nuovo studio, l’ARL rileverà e monitorerà l’usura dell’acciaio Maraging stampato in 3D attraverso la misurazione del sensore. Tali misurazioni possono aiutare i militari a prevedere quando le parti si degraderanno o si guasteranno e dovranno essere sostituite, consentendo loro di mantenere la prontezza.
“Le parti stampate in 3D mostrano determinati attributi, a causa del processo di produzione stesso, che, se non selezionato, può causare il degrado di queste parti in modi non osservati nelle parti lavorate tradizionalmente”, spiega il Dr. Jaret C. Riddick, direttore della direzione della tecnologia dei veicoli presso il CCDC Army Research Laboratory dell’esercito americano.
“PER QUESTO MOTIVO, È COMUNEMENTE INTESO CHE L’USO DI QUESTE PARTI, NEI CASI ATTUALI, È PENSATO PER ESSERE UNO STOP-GAP PER COLMARE UN BISOGNO CRITICO PROPRIO COME ABBIAMO VISTO CON LA STAMPA 3D DURANTE LA RISPOSTA COVID-19”.
Lo studio, pubblicato di recente sull’International Journal of Advanced Manufacturing Technology , era guidato da un team di ricercatori del laboratorio CCDC, dal National Institute of Standards and Technology, dal CCDC Aviation and Missile Center e dalla Johns Hopkins University.
Descrive in dettaglio l’uso di un set di convalida sperimentale per valutare il comportamento a fatica in tempo reale della produzione di additivi metallici che sfrutta travi di acciaio, prodotte utilizzando un processo di stampa 3D a fusione di polvere laser (LPBF). Gli acciai Maraging sono leghe di ferro-nichel esenti da carbonio note per la loro resistenza e tenacità superiori senza perdere la duttilità.
Le parti metalliche sono state valutate utilizzando la tomografia computerizzata a raggi X (CT), la nanoindentazione e la microscopia a forza atomica. È stato utilizzato un processo di test quasi statico per valutare lo stato stampato.
Garantire la qualità e le prestazioni delle parti stampate in 3D sono requisiti chiave per la maggior parte dei produttori. La società di ingegneria britannica Renishaw , ad esempio, ha sviluppato un nuovo pacchetto software e hardware che mira a migliorare la qualità delle costruzioni LPBF attraverso la misurazione dell’acustica. Sigma Labs fornisce anche il pacchetto software PrintRite3D in-process quality assurance (IPQA) per il monitoraggio in tempo reale della produzione di additivi metallici.
I gemelli digitali vengono utilizzati da artisti del calibro di Siemens per fornire la virtualizzazione completa dei loro processi di sviluppo e delle macchine , consentendo il monitoraggio in tempo reale delle prestazioni di produzione.
Il dottor Riddick spiega che lo studio ARL indica un processo di convalida che garantisce la prontezza in ambienti in cui la necessità immediata di pezzi di ricambio pone vincoli sul tempo necessario per consegnarli da molto lontano. In tali casi, i soldati normalmente optano per uno stop-gap per continuare la missione piuttosto che interromperla completamente.
Il dott. Todd C. Henry, un ingegnere meccanico presso il laboratorio che è stato coautore dello studio, paragona i segnali forniti dal set di validazione per quanto riguarda le prestazioni del materiale a una lettura del contachilometri del veicolo che segnala la necessità di un cambio d’olio: “La deformazione o il sensore a correnti parassite fornirebbe una misura e ti farebbe sapere che la parte deve essere sostituita. ” Il Dr. Henry vuole anche sviluppare uno strumento per misurare le prestazioni uniche di ogni parte stampata in 3D, riconoscendo che ognuna è diversa tramite la misurazione del sensore.
“Se ho preso una serie di graffette e ho iniziato a piegarle avanti e indietro, si romperanno a causa di danni da fatica a diversi intervalli a seconda delle imperfezioni interne associate all’acciaio”, aggiunge il Dr. Henry. “Ogni materiale e struttura del mondo reale presenta imperfezioni che lo rendono unico in termini di prestazioni, quindi se il lotto di graffette impiega 21-30 cicli a rompersi, quello che faremmo oggi è dopo 15 cicli di gettare via il lotto di graffette sicuro.”
In genere, continua il Dr. Henry, le imperfezioni nelle parti stampate in 3D sono attribuite ai vuoti e alla varianza geometrica tra il modello del computer e la stampa. La tecnologia dei sensori sviluppata presso l’ARL offre un modo per tracciare le singole parti, prevedere i punti di guasto e sostituirle alcuni cicli prima che si rompano.
“Al fine di creare una situazione di fiducia elevata, corri pochi rischi, ad esempio gettando via la graffetta dopo 15 cicli, anche se la durata più bassa nel batch di test è stata 21. Se provi a correre più rischi e metti il limite di eliminazione a 22 cicli quindi la graffetta potrebbe rompersi su qualcuno prima o poi risparmierai denaro. “
I ricercatori dell’esercito stanno applicando questi risultati a nuovi studi che coinvolgono parti in acciaio inossidabile stampate in 3D e utilizzano tecniche di apprendimento automatico, anziché sensori, per caratterizzare la vita delle parti, ha affermato Henry.
“Con la stampa 3D, potresti non essere in grado di sostituire una parte con lo stesso identico materiale”, ha affermato. “La stampa 3D offre un vantaggio in termini di costi e tempo che forse garantisce comunque l’utilizzo. Immagina una situazione in cui hai sempre scelto il materiale più resistente ma c’era un altro materiale che era più economico e più facile da ottenere, tuttavia devi dimostrare che questo altro materiale può essere affidato. “
I co-autori del dott. Henry, ” Inchiesta sul monitoraggio della fatica in situ dell’acciaio per la fabbricazione di additivi ” sono il dott. Francis Phillips e il dott. Dan Cole, CCDC Army Research Laboratory; Dr. Ed Garboczi, Istituto Nazionale di Standard e Tecnologia; Dott. Robert Haynes, Centro di aviazione e missili per il comando dello sviluppo delle capacità di combattimento e Dott. Terrence Johnson, Johns Hopkins University.
