Breaking News

Breaking

Post Top Ad

Your Ad Spot

Sunday, March 6, 2022

تساعد النيوترونات الباحثين على ملاحظة تقليل الإجهاد في الوقت الفعلي في الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد

تساعد النيوترونات شركة جنرال إلكتريك في مراقبة تقليل الضغط في الوقت الفعلي في الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد

تستخدم جنرال إلكتريك تجارب نيوترونية لتطوير نماذج حاسوبية محسّنة للمساعدة في التنبؤ بما إذا كانت الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد قد تتصدع وأين. الائتمان: مختبر أوك ريدج الوطني

يمكن أن تسبب الحرارة والضغط والقوة التي تتعرض لها المواد أثناء عمليات التصنيع ، مثل التشكيل والصب والقولبة ، تناقضات داخلية في الأجزاء المعدنية المصنعة. تتضمن هذه التناقضات التشوهات والبنى الدقيقة غير المتساوية أو “الإجهاد” الذي يمكن أن يؤدي إلى تشقق الأجزاء وفشلها.

إن تقليل الضغط الداخلي في الأجزاء المصنعة هو السبب وراء شيوع المعالجات الحرارية بعد البناء ، مثل التلدين. يشمل التلدين تسخين الأجزاء المصنعة إلى درجات حرارة عالية لتقليل أو تخفيف الضغط الداخلي.

يعمل علماء GE Global Research وجامعة كاليفورنيا في بيركلي على تحسين نماذج الإنتاج التي تساعد على تحسين تصميم الأجزاء ومعالجتها بالحرارة. في دراسة حديثة ، ركزوا على الأجزاء المصنوعة باستخدام تقنيات التصنيع الإضافي (AM) ، حيث يتم بناء الأجزاء ثلاثية الأبعاد أو “المطبوعة” طبقة تلو طبقة. قاموا بتحليل تشكيل الإجهاد الداخلي المرتبط بعمليات AM أثناء التجارب النيوترونية في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (ORNL). تم نشر النتائج ، بعنوان “مراقبة استرخاء الإجهاد المتبقي والتوجيه المفضل للحبوب لـ Inconel 625 المُصنَّع بشكل إضافي عن طريق التصوير النيوتروني في الموقع ،” في التصنيع الإضافي.

اشتملت الدراسة على الأجزاء المصنعة باستخدام AM القائم على الليزر ، والذي يستخدم الليزر لإذابة وترسيب مادة هيكلية. المواد المنصهرة – التي تبدأ عادةً كمسحوق معدني أو بلاستيك – تبرد وتتصلب بسرعة قبل أن تترسب طبقة أخرى فوقها.

يمكن أن يسبب AM القائم على الليزر أيضًا إجهادًا داخليًا بسبب التسخين والتبريد السريع أثناء عملية البناء. يمكن أن يقلل التلدين من الضغط الداخلي ، لكن الحرارة الزائدة يمكن أن تسبب تغييرات هيكلية غير مرغوب فيها في المادة.

استخدام في خط الأشعة VULCAN من ORNL ، قام الباحثون بقياس الإجهاد الداخلي المتبقي العالي داخل عينات مبنية من Inconel 625 ، وهي سبيكة معدنية شائعة. ثم تم استخدام تقنية تكميلية ، وهي التصوير النيوتروني ، في خط إشعاع SNAP في ORNL لقياس – في الوقت الفعلي – كيف أدى تلدين الأجزاء إلى تقليل الضغط الداخلي. تم إجراء تجارب المعايرة الأولية في خط إشعاع NOBORU في مجمع أبحاث مسرع البروتون الياباني (J-PARC).

قال Ade Makinde ، المهندس الرئيسي في GE Global Research: “عند استخدام الليزر AM ، تكون الطبقة العلوية التي يتم صهرها ساخنة جدًا ، بينما تكون الطبقات السفلية قد بردت. هذا الاختلاف في درجة الحرارة يمكن أن يخلق ضغوطًا داخلية يمكن أن تؤدي إلى التصدع”. “ساعدتنا النيوترونات في البحث من خلال جدران الفرن في الوقت الفعلي أثناء عملية التلدين. لاحظنا أين انخفض الضغط في المادة أثناء التسخين وفي أي درجة حرارة. إنه عمل موازنة. نحتاج إلى تسخين المادة لتقليل الإجهاد ، ولكن تجنب درجات الحرارة المرتفعة جدًا لمنع التغييرات الهيكلية غير المرغوب فيها “.

تساعد البيانات التي تم الحصول عليها GE على تحسين النمذجة الحاسوبية لعمليات الإنتاج لتقليل أو إزالة الأعطال الميكانيكية في المكونات المطبوعة. على سبيل المثال ، يمكن للنموذج أن يوضح كيف أن تغيير شكل جزء ما يمكن أن يجعله أقوى عن طريق تقليل الضغط الداخلي الذي يحدث أثناء الإنتاج. يمكن أن يشير أيضًا إلى ما إذا كان تغيير عرض شعاع الليزر أو السرعة التي ينتقل بها الليزر يمكن أن يحسن جودة الإنتاج.

قال أنطون تريمسين ، عالم فيزياء أبحاث كامل في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: “التصوير النيوتروني في خط إشعاع SNAP سهّل التجربة حيث لا يمكن إلا لعدد قليل من المنشآت النيوترونية في جميع أنحاء العالم القيام به”. “نعم ، يمكن لقياسات حيود الأشعة السينية مراقبة استرخاء الإجهاد في نقاط محددة. ومع ذلك ، يتيح لنا التصوير النيوتروني إلقاء نظرة على المادة السائبة بأكملها في وقت واحد ، في الوقت الفعلي ، بدقة مكانية عالية جدًا. ستساعدنا البيانات في تطوير الأجهزة وتحليل البيانات طرق لتقنيات الاختبار الجديدة غير المتلفة “.

قام الفريق بتليين كل جزء من الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد في فرن مفرغ لعدة ساعات عند 1300 درجة فهرنهايت أو 1600 درجة فهرنهايت (700 درجة مئوية أو 875 درجة مئوية). ال اخترقت جدران فرن التفريغ بسهولة وصورت الجزء الأكبر بأكمله حيث تم تخفيف الضغط الداخلي. اكتمل تخفيف التوتر في غضون 1.0 إلى 1.5 ساعة عند درجة الحرارة المنخفضة ، بينما استغرق بضع دقائق فقط عند درجة الحرارة الأعلى.

قال Ke An ، عالم الأدوات الرئيسي لشعاع VULCAN في مصدر Spallation Neutron Source (SNS) التابع لـ ORNL: “إن كمية وتوزيع الإجهاد الداخلي مرتبطان بسرعة شعاع الليزر ، وقوة الليزر ، والمعلمات الأخرى أثناء الإنتاج”. البيانات التجريبية هي لا يقدر بثمن ، إلى جانب فهم أفضل لكيفية تلدين الأجزاء بشكل أسرع دون التقليل من سلامتها الهيكلية. وهذا يعني أن جنرال إلكتريك وشركاء أبحاث الصناعة الآخرين يمكنهم الآن التنبؤ بثقة بكيفية تحسين تصميمات منتجاتهم وعمليات الإنتاج. “

قالت حسينة بيلهوكس ، كبيرة علماء التصوير في مفاعل نظائر التدفق العالي (HFIR) في ORNL: “يُظهر هذا البحث كيف يمكن للصناعة والأوساط الأكاديمية ومختبرات وزارة الطاقة أن تتعاون في مواجهة تحديات العالم الحقيقي”. “ORNL هي المنشأة الوحيدة في الولايات المتحدة التي لديها القدرة على تزويد مجتمع مستخدمي النيوترونات العالمي بتقنيات الحيود التكميلية والتصوير النيوتروني. كما نقدم الحصول على البيانات عالية السرعة والخبرة التحليلية.”

أضاف Bilheux أن خط أشعة التصوير VENUS قيد الإنشاء حاليًا في SNS سيحتوي على نطاق أوسع من طاقات النيوترونات للمستخدمين للعمل معها. ستستفيد تجارب المستخدم أيضًا من قوة البروتون الأكثر كثافة 2.0 ميغاواط للمسرّع الخطي SNS الذي تمت ترقيته. “ستمكّن VENUS التصوير المحسن للسلوكيات الهيكلية والميكانيكية في الأجهزة التي تعمل في ظروف قاسية مثل الحرارة والضغط وتتعرض لها. وسيستفيد المستخدمون أيضًا من تقنيات التصوير النيوتروني الفريدة من المصادر النبضية لفهم مجموعة أوسع من المواد والتصنيع و عمليات الانتاج.”

قال ماكيندي: “في GE نحن سعداء للغاية بالبيانات المستمدة من هذه التجارب ومدى سهولة استخدام منشآت النيوترون في ORNL”. “تم بالفعل تثبيت ومعايرة جميع المعدات اللازمة في خطوط الأشعة ، لذلك ، على سبيل المثال ، لم يكن علينا إحضار فرن الفراغ الخاص بنا. حافظ الفرن الموجود في خط الإشعاع SNAP على درجات حرارة محكومة وتم مزامنة كل شيء لضمان الحصول على البيانات الدقيقة.”

يستخدم العلماء في شركة جنرال إلكتريك البيانات لتطوير نماذج كمبيوتر محسّنة يمكن أن تساعد في التنبؤ بما إذا كانت الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد قد تتصدع وأين. يمكنهم بعد ذلك تحديد كيف يمكن أن يساعد تقليل الضغط الداخلي وتحسين التصميمات في منع مثل هذه العيوب.


توربينات الغاز الموفرة للطاقة من الطابعة ثلاثية الأبعاد


معلومات اكثر:
AS Tremsin et al ، مراقبة استرخاء الإجهاد المتبقي والتوجيه المفضل للحبوب لـ Inconel 625 المُصنَّع بشكل إضافي عن طريق التصوير النيوتروني في الموقع ، التصنيع الإضافي (2021). DOI: 10.1016 / j.addma.2021.102130

الاقتباس: تساعد النيوترونات الباحثين في ملاحظة الحد من الإجهاد في الوقت الفعلي في الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد (2022 ، 4 مارس) تم استردادها في 6 مارس 2022 من https://phys.org/news/2022-03-neutrons-real-time-stress-reduction-3d .لغة البرمجة

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

No comments:

Post a Comment

Powered by Blogger.

Search This Blog

Post Top Ad