Automatisierte ultraschallbasierte In-situ-Überwachung zur Erkennung von Aushärtefehlern in Verbundwerkstoffen

Typischerweise wird die zerstörungsfreie Prüfung von Verbundwerkstoffen – per Ultraschall oder anderen Methoden – entweder vor oder nach dem Aushärteprozess durchgeführt, doch viele Fehler verschwinden und entstehen während des Aushärtens. Das NASA Langley Research Center entwickelte in Zusammenarbeit mit Analytical Mechanics Associates ein automatisiertes Ultraschall-Scansystem für die In-situ-Aushärtungsüberwachung und Fehlererkennung von Verbundwerkstoffen in einem Autoklav oder Ofen.

Das zerstörungsfreie System besteht aus einem ultraschallbasierten, tragbaren, automatisierten C-Scan-System mit einem angeschlossenen Ultraschall-Kontaktprüfkopf. Der Scanner wird in einem isolierten Behälter platziert, der die temperatursensiblen Komponenten des Scanners schützt. Ein Flüssigstickstoff-Kühlsystem hält das Innere des Behälters unter 38 °C. Ein motorisierter X-Y-Rasterscanner ist in einem unversiegelten Kühlbehälter aus porösen Isolierplatten montiert, mit einem aus dem Kühlbehälter durch einen Schlitz ragenden Ausleger-Scannarm.

Der Kühlbehälter, der den X-Y-Rasterscanner beherbergt, wird periodisch mit einem Flüssigstickstoff-(LN2)-Versorgungssystem gekühlt. Flexible Balgen in der Schlitzöffnung der Box minimieren den Wärmeaustausch zwischen der Box und der externen Autoklavenumgebung. Die Box und der Scannarm befinden sich auf einer präzisen Gusswerkzeugplatte. Eine dünne Schicht Ultraschallkopplungsmittel wird zwischen dem Wandler und der Werkzeugplatte platziert. Die Verbundwerkstoffteile werden auf der anderen Seite der Werkzeugplatte vakuumverpackt und geprüft. Das Scansystem im Inneren des Behälters ist mit dem Controller außerhalb des Autoklavs verbunden. Das System kann A-Scan-, B-Scan- und C-Scan-Bilder des Verbundwerkstoffpanels zu mehreren Zeitpunkten während des Aushärteprozesses liefern.

Das System bietet Echtzeitüberwachung der Fehlerbildung und -bewegung während des Aushärtens. Dies bietet nicht nur ein besseres Verständnis der Fehlerquellen und -senken, sondern auch die Möglichkeit, Prozessmodelle für die Vorhersage von Aushärtefehlern genauer zu validieren. Das System zeigt auch die durchgehende Dickenlage jedes Verbundwerkstoffherstellungsfehlers während des Aushärtens mit Echtzeitlokalisierung und -verfolgung. Dies wurde sowohl für absichtlich eingebrachte Porosität (z. B. während der Lagenlegung eingeschlossen) als auch für prozessinduzierte Porosität (z. B. resultierend aus ungleichmäßiger Druckverteilung auf einem Teil) demonstriert.

Die Technologie kann als zerstörungsfreies Prüfsystem bei der Herstellung von Verbundwerkstoffteilen in Ofen oder Autoklav eingesetzt werden, einschließlich Duroplaste, Thermoplaste, Verbundwerkstofflaminate, Hochtemperaturharze und Keramik.

Die NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie die NASA-Lizenzierungsstelle unter dieser E-Mail-Adresse (JavaScript erforderlich) oder rufen Sie an unter 202-358-7432, um Lizenzgespräche zu beginnen. Folgen Sie diesem Link  für weitere Informationen.