Die additive Fertigung stellt Ingenieure vor die Aufgabe, Qualität und Qualitätssicherheit der gefertigten Komponenten sicherzustellen. Von zentraler Bedeutung sind dabei effektive Prüfverfahren, mit deren Hilfe sich Mängel und Fehler in additiv gefertigten Teilen präzise erkennen lassen. Das ist mit der Computertomographie nur beding möglich, wie in dem Beitrag Additive Fertigung. Herausforderungen bei der Bauteileprüfung und wie man ihnen begegnen kann zu erfahren ist.
Die Komplexität und Variabilität additiv gefertigter Teile in Verbindung mit den inhärenten Eigenschaften additiver Fertigungstechniken tragen zur Entstehung neuartiger Mängel und Fehler bei, welche spezialisierte Prüfmethoden zur Erkennung und Charakterisierung solcher Fehler erforderlich machen. Volumetrische Risse, fehlende Verschmelzung, Hohlräume, Porosität und Pulvereinschlüsse gehören zu den häufigsten Mängeln, die bei additiv gefertigten Teilen auftreten. Diese Mängel können die strukturelle Integrität und die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen beeinträchtigen, was ein erhebliches Risiko für die Leistung und Zuverlässigkeit der Produkte darstellt. … Die komplexen internen Strukturen und der schichtweise Herstellungsprozess der additiven Fertigung machen den Einsatz fortschrittlicher zerstörungsfreier Methoden erforderlich, die das gesamte Volumen eines Bauteils durchdringen und verborgene Mängel und Fehler erkennen können.
Als Lösung bietet sich die nicht-lineare Resonanzprüfung an. Dabei handelt es sich um einen schnellen, kostengünstigen und hochempfindlichen Ansatz zur Erkennung von Mängeln und Fehlern in additiv gefertigten Bauteilen.
Im Kern nutzt die nichtlineare Resonanzprüfung die Prinzipien der nichtlinearen akustischen Prüfung, um ein additiv gefertigtes Bauteil zur Resonanz anzuregen und dann das Verhalten mikroskopischer Fehler unter Prüfbedingungen zu beobachten. Diese Technik hat eine unübertroffene Empfindlichkeit, selbst für kleinste Fehler von weniger als 10 Mikrometern. Durch die Analyse der nichtlinearen Reaktion des Bauteils auf Anregung kann eine Vielzahl von Fehlern erkannt und charakterisiert werden, wie z. B. volumetrische Risse, fehlendes Verschmelzen, Hohlräume und Porosität.
Ein Beispiel ist die Zustandsüberwachung von Turbinenblättern:
Mit nichtlinearer Resonanzprüfung während Routinewartungen wurden umfassend Daten gesammelt, um den Zustand der Turbinenblätter in ihrem Lebenszyklus genau zu beurteilen. Die Ergebnisse zeigten, dass einige Turbinenblätter mit vielen Betriebsstunden (mehr als 50 000 Stunden) in heißer Umgebung auch weiterhin für den Betrieb geeignet waren, während andere mit geringer oder mittlerer Betriebsdauer bereits Anzeichen von Kriechen aufwiesen und daher ersetzt werden mussten. Man erkennt, welche Vorteile nichtlinearen Resonanzprüfung bei der Optimierung von Instandhaltungspraktiken haben kann, sowohl bezüglich Betriebssicherheit als auch zur Kosteneinsparung.
Allerdings ist die nichtlineare Resonanzprüfung nicht immer das Mittel der Wahl:
Auch die nichtlineare Resonanzprüfung hat ihre Grenzen und ist angesichts der Vielzahl potenzieller Fehlerquellen in der additiven Fertigung nicht in allen Fällen geeignet. Als Ganzkörper-Resonanztechnik ist RD1-TT derzeit nicht in der Lage, volumetrische Defekte in nichtlinearen Metriken zu erkennen, da diese sich wie Merkmale der Teile verhalten. Löcher und Porosität würden sich jedoch in den linearen Resonanzmetriken zeigen, ein weiterer Vorteil der Prüfung auf Nichtlinearität.
Weitere Informationen:
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Auswertung des Versuches Resonanzverhalten nichtlinearer Oszillatoren