Vibrant无损检测公司评估3D打印的高超音速推进系统零件

为了将高超音速技术变为现实，需要开发高性能的材料，或者以创新的方式利用这些现有材料。高超音速飞行器在工作时需要承受极端的高温和压力，因此优化、减轻重量的3D打印结构是十分必要的。将高性能3D打印金属和陶瓷相结合，能够满足上述挑战。2023年9月，南极熊获悉，美国国防部的明日轻量级创新 (LIFT)研究所与Velo3D、Lockheed Martin(洛克希德公司)和Vibrant合作(无损检测公司)，致力于推进3D打印高超音速推进系统的开发。

洛克希德公司在这一领域发挥了关键作用，提出了一种3D打印冲压发动机，旨在升级成超燃冲压发动机。洛克希德公司使用粉末床与 Inconel 718 材料融合进行了实验项目设计，然后在 Velo3D Sapphire 1 MZ 机器上 3D 打印两个 751 mm高的冲压喷气发动机,这些组件的壁极薄，并布满 500 微米的孔。然后，需要对这些零件进行后续测试，以证明系统可靠性，并推动机器的升级发展。LIFT 工程总监 John Keogh 博士说道：“增材制造是一种相对较新的制造工艺，需要验证和认证服务和关键任务应用的零件。目前需要一种数据驱动的方法来测试和认证打印机中的组件，而不是统计驱动的方法，在统计驱动的方法中，您必须首先构建多个部件，然后才收集统计性能数据（通断）。我们的目标是识别过程数据和快速后处理检查中发现的物理质量特征，以准确地验证组件是否能够满足高超音速飞行的严酷要求。”



该团队采用 Vibrant 的过程补偿共振测试 (PCRT) 来评估组件。这种快速、无损的方法使用组件的自然共振频率来检查裂纹、闭塞、适当的孔隙率和整体构建质量。随后将共振数据与现场监测相结合，然后分析这些组合信息以微调最佳机器参数。

当以 5 马赫或以上的速度行驶时，飞行器前缘处的热量非常高。如果前端具有较小的半径，会产生巨大的加热温度，这就是为什么来自太空的再入飞行器具有相当宽的半径。但站在空气动力学角度看，高超音速飞行器需要某些领先优势，并在高超音速下具有强大的复合和动态力量。它是空气动力学、力学、热管理和化学的融合，具有很大的挑战，解决这些挑战必须使用能够在这些环境中生存的极高温材料。



这项工作由 LIFT 管理，LIFT 的预算超过 1 亿美元，拥有超过 300 家学术机构和公司的多元化成员。该研究所的另一项重大举措是高超音速挑战赛，该挑战赛是代表国防部负责研究和工程的国防部副部长办公室进行的，重点是确定有利于制造高超音速飞行器部件的材料和制造方法。

团队的目标是利用这些数据以及进一步的实验来准确预测和评估 3D 打印零件的疲劳特性。最终目标是生产“天生认证”的部件，这些部件是从已经满足质量标准的机器中生产出来的。鉴于高超音速技术带来的复杂挑战，此项目需要巨大的合作。高超音速技术本质上是一项团队努力，任何一家公司都无法单独解决这个难题。这项技术代表了技术的终极制高点，有望对未来的全球电力动态产生重大影响。因此，这一举措是一个良好的开端，预计会看到更多此类合作项目。

什么是PCRT？



PCRT 是先进的共振测试，可通过检测其他 NDT 方法无法检测到的过程变化和结构缺陷来提高安全性和运营经济性。PCRT 也是破坏性取样的经济替代品，破坏性取样可能会遗漏关键缺陷或不必要地报废可维修部件。PCRT 为 100% 的零件群体提供高通量 NDT。通过快速测量整个零件的共振频率来检测缺陷和故障， 帮助世界各地的制造商、维护维修机构和运营商降低故障风险，同时最大限度地延长零件寿命。

PCRT 为制造和维护应用提供各种测试服务，旨在确认零件完整性和检测缺陷。服务包括：
●异常值筛选
●目标缺陷检测
●生命监测
●制造过程控制
●关键过程验证
●材料表征

来源：南极熊