洛馬空間系統(tǒng)在EBAM電子束增材制造過程中的實時質(zhì)量控制技術(shù)
洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司擁有Sciaky公司的EBAM 3D打印機，這臺機器能夠制造出直徑近150厘米的燃料箱，將燃料箱的制造成本削減了一半。與其他通過加工金屬粉末的增材制造方法不同，EBAM-電子束融化焊接技術(shù)主要是由金屬絲作為打印材料，并使用一種功率強大的電子束在真空環(huán)境中通過高達1000℃的高溫來融化打印金屬零部件。
為了避免零件缺陷的產(chǎn)生，EBAM電子束融化焊接技術(shù)在加工的過程中需要實現(xiàn)實時質(zhì)量控制，閉環(huán)控制系統(tǒng)通過整個構(gòu)建參數(shù)保證質(zhì)量達到要求，可以通過調(diào)整能量的大小以保持一致的零件幾何形狀、化學和微觀結(jié)構(gòu)。
那么如何實現(xiàn)實時質(zhì)量控制呢？洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司在這方面獲得了一定的技術(shù)優(yōu)勢。這是由接觸工件的電子束產(chǎn)生的二次X射線來分析制造工藝的結(jié)果并在制造過程中實時校正缺陷。通過監(jiān)測電子束散射的情況來進行電子束加工過程中所沉積的熔融材料池的監(jiān)測，來實時自動控制零件的質(zhì)量。
其核心工作原理是，電子束接觸工件而產(chǎn)生二次X射線，通過檢測到的二次X射線可用于實時產(chǎn)生圍繞電子束接觸位置的工件部分或區(qū)域的三維橫截面圖像。并且，可以使用三維橫截面圖像的實時分析來檢測缺陷，并且可以通過將電子束重新引導回到正確路徑來執(zhí)行實時的重新工作或缺陷的校正。
該系統(tǒng)可包括產(chǎn)生電子束的電子束發(fā)生器，包含工件的真空室，X射線傳感器陣列（感測由電子束與工件接觸產(chǎn)生的二次X射線），工件，連接到X射線傳感器陣列的圖像發(fā)生器（通過X 射線計算機斷層掃描技術(shù)生成三維橫截面圖像），以及連接到電子束發(fā)生器的控制器（以將電子束重新引導到發(fā)現(xiàn)有缺陷的區(qū)域，從而重新加工該區(qū)域并糾正缺陷。）
閉環(huán)控制的好處是相當可觀的。當前，洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)所制造的推進劑容器是鈦6-4的鍛件，這些蘑菇帽形狀的鍛造加工分兩個過程，先是生產(chǎn)薄壁半球形圓頂。然后將兩個半球在一起制造成推進劑容器。
通過電子束增材制造的方法帶來明顯的優(yōu)勢，3D科學谷了解到通常要鍛造一個罐頂鍛件經(jīng)常需要排隊等待幾個月，12個月的交貨期是常態(tài)。相比之下，通過EBAM電子束增材制造的方法（直徑16英寸的圓頂）在短短的3小時內(nèi)就可以制造出來。當然這個圓頂仍然需要后期的熱處理，以及機械精加工，并且還需要與另一個圓頂焊接起來。所有的周期加到一起與鍛造的時間相比仍然是顯著縮短的。此外，EBAM-電子束融化焊接技術(shù)還帶來了加工材料的節(jié)約，并提升了加工的靈活性。
此外，洛克希德馬丁在2018年通過EBAM電子束增材制造系統(tǒng)還完成了目前3D打印最大的航空航天零件：衛(wèi)星的燃料箱蓋。在過去，洛克希德馬丁制造這種油箱，要浪費80%的昂貴航天材料，并且耗時長達兩年才能完成。現(xiàn)在在時間上只要3個月，并且3D打印成品的品質(zhì)通過了檢測，完全符合衛(wèi)星設(shè)備的要求。
實時質(zhì)量控制助力洛克希德馬丁在EBAM增材制造的道路上越走越寬。
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