파우더부터 성능까지

항공우주 분야용 AM 열교환기

열교환기는 항공우주 산업에서 중요한 부품입니다. 전통적으로 제조된 부품은 플레이트 핀 브레이징 및 용접 어셈블리를 사용하므로 품질 부서에 알려진 두께와 거칠기가 발생합니다. Raytheon Technologies가 기존 팬 덕트 열 교환기를 대체하기 위해 적층 가공을 사용하는 방법을 모색했을 때 다국적 항공우주 및 방위 제조업체는 몇 가지 문제에 직면했습니다.

AM은 생산을 단순화하고 부피를 줄이는 모놀리식 부품을 만들 수 있지만, 얇은 벽의 다양한 두께와 거칠기로 인해 AM으로 생산된 부품의 비즈니스 사례가 저하될 수 있습니다. 그리고 문제의 표면은 검사를 위해 보이지 않으며, 거칠기는 빌드 방향에 따라 달라집니다. AM을 통해 비전통적인 설계로 전환하기 위해 Raytheon은 먼저 해당 프로세스가 지정된 두께의 매끄러운 내부 벽을 생성할 수 있음을 입증해야 했습니다.

Raytheon은 AM 부품에 필요한 데이터 완전성과 품질을 어떻게 달성할 수 있었습니까? Zeiss Group은 AlSi10Mg 열 교환기의 내부 특징을 비파괴적으로 검사하기 위해 산업용 컴퓨터 단층 촬영 및 X선 현미경 영상을 갖춘 솔루션을 제공했습니다.

AlSi10Mg는 실리콘과 마그네슘을 합금 원소로 결합한 알루미늄 합금입니다. 조합의 결과로 다른 알루미늄 합금보다 훨씬 더 강하고 단단한 경량 부품이 탄생했습니다. 이러한 강인함 덕분에 AlSi10Mg는 항공우주 부품 제조에 이상적입니다.

Raytheon은 Zeiss METROTOM X-ray CT 시스템을 사용하여 복셀당 60μm로 열 교환기의 개요 스캔을 수행하여 벽 두께와 얇은 벽의 틈 또는 균열을 확인했습니다. ROI를 더욱 향상시키기 위해 Zeiss Xradia Versa 620을 사용하여 부품 상단과 하단에서 복셀당 15μm, 복셀당 3μm의 고해상도 스캔을 완료했습니다. 고해상도 스캔을 통해 벽 두께를 확인하고 표면 거칠기를 다음과 같이 허용했습니다. 측정됩니다.

비파괴 검사 스캔이 완료되면 3D 프린팅된 팬 덕트 열교환기를 절단하여 상단 표면(위 피부)과 돌출 표면(아래 피부)을 일치시키는 구조 공초점 현미경을 위한 동일한 표면을 드러냈습니다. 이번 발굴단면 조사는 본 연구의 실측자료 역할을 한다.

X-ray CT 스캔 데이터가 정렬되면 표면 거칠기 분석을 위해 일치하는 표면을 추출했습니다. 결과는 공초점 현미경으로 이미지화한 유사한 추출 영역과 비교되었습니다. 더 부드러운 피부 위쪽 표면에서는 산술 평균(Sa)과 최저 밸리(Sv) 값이 잘 정렬되었습니다. 그러나 가장 높은 피크(Sp)를 포착하려면 공초점 현미경 분석과 일치하도록 15μm 이하의 복셀 크기가 필요합니다. 이러한 불일치는 표면이 최종 패스에 의해 표면에 남겨진 매끄럽게 겹치는 용융 풀 트랙과 가끔 소결된 분말 입자로 구성되어 가장 높은 피크를 구성하기 때문에 발생합니다.

복셀 크기가 예상되는 분말 크기 분포보다 큰 경우 분석에서 분말 크기 피크를 선택하는 것을 신뢰할 수 없습니다. 스킨 아래 표면에서는 AM 오버행 표면에 대해 Sa 및 Sv 값이 예상대로 증가합니다. 이러한 표면에는 큰 분말 집합체와 단일 분말 입자가 포함되어 있어 큰 봉우리와 골짜기가 있는 매우 불규칙한 표면이 됩니다.

빌드 방향을 고려하는 경우 AM을 사용하여 팬 덕트 열교환기를 생산할 수 있습니다. 매개변수는 또한 연마를 위해 지원되거나 접근될 수 없는 돌출된 얇은 벽에 대해 최적화되어야 합니다. XRM과 결합된 CT는 매개변수 개발 중에 피드백을 받고 최종 부품을 검사하는 데 사용할 수 있는 강력한 도구입니다.

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