CT-Scannen von entscheidender Bedeutung für flugfähige Teile

Ingenieure sind auf einer nie endenden Suche, um Produkte zu entwerfen und zu bauen, die kraftstoffeffizienter, stärker und dennoch leichter sind, schneller fliegen und größere Entfernungen zurücklegen können als ihre Vorgänger. Die Missionsparameter unterscheiden sich im Wesentlichen nicht von denen der ersten Heißluftballons oder geflügelten Fahrzeuge; was sich geändert hat, sind die Herstellungstechnologien und Materialien, die verwendet werden, um diese hochgesteckten Ziele zu erreichen.

Beispielsweise bestehen viele der heutigen Flugzeugteile aus fortschrittlichen Polymeren und Kohlefaser-Verbundwerkstoffen. Diese ultraleichten Materialien ermöglichen es, das Gewicht der Komponenten zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Superlegierungen wie Inconel und Hastelloy bieten ähnliche Vorteile, was erklärt, warum sie in Gasturbinentriebwerken und anderen flugkritischen Komponenten zu finden sind. Beide ermöglichen Luft- und Raumfahrtkonstrukteuren, strukturelle oder thermische Integritätsanforderungen mit weniger Metall zu erfüllen, wodurch die Fahrzeugeffizienz gesteigert wird.

Die Herausforderung bei jedem dieser Beispiele besteht darin, sowohl das Design des Teils als auch die für seine Konstruktion erforderlichen Materialien zu qualifizieren. Ohne solche Voraussetzungen würden Komponenten von Flugzeugen, Satelliten und Raketentriebwerken für immer erdgebunden bleiben.

Auch die Verfahren zur Herstellung von Flugzeugkomponenten haben sich geändert. Die meisten werden heute über automatisierte Bearbeitungs-, Gieß-, Umform- und Layup-Anlagen hergestellt, wobei eine zunehmende Anzahl von Teilen durch additive Fertigung hergestellt wird. Auch hier müssen die Herstellungsprozesse validiert werden, bevor Teile als flugbereit zertifiziert werden können.

Dann stellt sich die Frage:Wie lassen sich diese Anforderungen am kostengünstigsten und zuverlässigsten erfüllen? Die Antwort hängt von Faktoren wie Teilegröße, Komplexität, Oberflächen- oder Inneninspektionszielen und Grad der Flugkritikalität ab. In vielen Fällen erfordern Inspektionsanforderungen jedoch eine leistungsstarke, umfassende Lösung für Messtechnik und zerstörungsfreie Prüfung (NDT), die als industrielle Computertomographie (CT) bekannt ist.

Betrachten Sie alle Schaufeln, die in einem Strahltriebwerk zu finden sind. Obwohl in einem zuverlässigen Feingussverfahren hergestellt und aus einer zähen, hitzebeständigen Legierung auf Nickelbasis hergestellt, kann der Verlust selbst eines einzigen Flügels während des Fluges zu katastrophalen Folgen führen. Mit CT-Scannen – zusammen mit der Verwendung von Scandatenanalyse- und Visualisierungssoftware – kann ein Qualitätsingenieur tief in diese und andere flugkritische Komponenten blicken und Porosität, Risse und andere Fehler identifizieren, die letztendlich zum Versagen der Komponenten führen könnten.

Die CT-Technologie wird auch verwendet, um interne Teilemerkmale zu messen. Die einzige Alternative sind zerstörende Tests, bei denen jede Komponente mühsam quergeschnitten wird, um festzustellen, ob darin Mängel oder Maßabweichungen vorliegen. Fähigkeiten wie diese sind für die Qualifizierung von 3D-gedruckten Luft- und Raumfahrtteilen von besonderer Bedeutung, da AM die Tür zu nahezu vollständiger Designfreiheit öffnet. Der einzige Haken ist, dass diese Funktionen validiert werden müssen, bevor die FAA und andere Leitungsgremien die Verwendung von 3D-gedruckten Komponenten genehmigen. CT-Scanning und Datenanalyse erfüllen diesen Bedarf.

Die Technologie erfüllt auch die Anforderungen von Verbundstoffherstellern. Die CT-Datenanalyse macht es einfach, die Faserorientierung schnell abzufragen oder Delaminationen zu erkennen, ohne das Werkstück zu beschädigen. Diese zerstörungsfreie Prüfmethode ermöglicht es Herstellern, In-Prozess-Messdaten mit den durch CT-Scannen erhaltenen zu korrelieren, wodurch die Entwicklung wiederholbarer Prozesse über eine Vielzahl von Herstellungsmethoden hinweg gefördert wird.

Dies sind nur einige der Gründe, warum Hersteller das CT-Scannen als unverzichtbaren Bestandteil ihres NDT-Toolkits betrachten. In Verbindung mit robuster Analyse- und Visualisierungssoftware können sie eine Vielzahl flugkritischer Komponenten sowie die zu ihrer Herstellung verwendeten Prozesse validieren.