İnceleme yazılımı ve takım firması Phase3D bir Hava Kuvvetleri Bakanlığı sözleşmesi almıştır. Fringe Inspection platformu seramik matris kompozitlerde (CMCs) kullanılacaktır. CMC'ler, türbin kanatları, hipersonik araçlar için termal koruma ve gaz türbinleri gibi uygulamalarda kullanılan gelişen bir malzeme sınıfıdır. Bu malzemeler süper yüksek sıcaklık performansı için tasarlanmıştır. Tek bir olası uygulama, roket, füze, uzay aracı ve benzeri yüzeylerdeki termal koruma plakaları (TPS), son derece önemlidir. Battaniyeler, plakalar ve karmaşık kompozit yapılar genellikle üretimi zor olduğundan Yeni Uzay ekonomisi ve Hava Kuvvetleri için bir darboğaz oluşturur.
Figure 2 – Fringe Operator, müşterilerin gerçek zamanlı olarak yapı hatalarına neden olan anormallikleri tanımlamasına yardımcı olan bir görselleştirme ve analiz aracıdır. Görsel Phase3D tarafından sağlanmıştır.
TPS'yi sadece satışta iyi yapmak, ABD Hükümeti tarafından stratosferik bir yatırım yapılmasını haklı çıkaracaktır. Ancak karbon lifinin bir silisyum karbür matrisine gömülü olduğu Carbon Silicon Carbide gibi CMC'ler, hipersonik gövde yapıları ve 1500 °C'ye kadar sıcaklıklarda çalışan turbo makineler için yüksek mukavemetli, ultra yüksek sıcaklık dayanımlı bir malzeme sağlar. Bu malzemelerin bir diğer sınıfı UHTCMCs, ultra yüksek sıcaklık seramik matris kompozitleridir; adları oldukça yerli yerinde, çünkü 2000 °C'ye kadar yük altında çalışabilirler. Bu inanılmaz performans, roket nozüllerinde ve scramjet bileşenlerinde kullanım gibi olanakları açar. Ayrıca tokamaklar ve diğer reaktörlerde de kullanılabilirler. Bu kombinasyonlardan biri olan Carbon Fiber Hafnium Carbide–Tantalum Carbide, 3500 °C'ye kadar çalışabilir. Tungsten'e göre çok daha az yoğun, ısıtma sırasında özelliklerini daha uzun süre korur ve seramik alternatifler gibi ani kırılma göstermez. Bu nedenle Tungsten çok özel bir malzemedir.
Eğer çok hızlı giden şeyler üretmek istiyorsanız, bu malzeme sınıfı ihtiyaçlarınıza sıkça çözüm olarak gelecektir. Ayrıca daha az termal genleşme ve yüksek kırılma tokluğu sayesinde, uzay ve hava üstünlüğünün çok önemli yapı taşları için ideal bir adaydır. Bu malzemelerin birçoğu aynı zamanda işlenmesi zor, neredeyse imkânsızdır. CNC'de, malzeme iş parçasından çok daha sert bir takımla kesilir ve burada daha sert bir şey bulmanın zorluğu ortaya çıkar. UHTCMC'ler henüz ticari olarak mevcut değilken, ORNL'deki bazı kişilerin kafasını kurcalayan bir konu olabilir; muhtemelen daha sıradan CMC'ler olan Carbon Silicon Carbide, 3D baskı yoluyla sınırlı üretime girmektedir. Parçalar LPBF, bağlayıcı jet, Direct Ink Write ve sürekli lif prosesleriyle, genellikle bir piroliz adımıyla birlikte üretilebilir. Elbette bu süreçlerin çoğu standart dışıdır ve lif + LPBF asla mükemmel olmayacaktır, bu yüzden Phase3D burada, bu malzemelerin çok daha kolay üretilebileceği bir geleceğe pencere açmakta konumlandırılıyor.
Phase3D’nin Fringe Inspection sistemi, yapı yüzeyine yapılandırılmış ışık projekte ederek geometriyi ölçer ve baskı sırasında sapmaları tespit eder. Görsel Phase3D tarafından sağlanmıştır.
Phase3D'nin çözümüne yardımcı olacağı belirli bir sorun, CMC'lerin daha yaygın kullanılmamasının nedeni “Hava Kuvvetleri bakım ve üretim ortamlarında, büyük ölçüde metal ve polimer kompozitler için geliştirilen geleneksel tahribatsız değerlendirme (NDE) yöntemleri, CMC üretimi sırasında ortaya çıkabilecek matris çatlaması, lif çekilmesi, gözeneklilik ve delaminasyonu güvenilir bir şekilde tespit edememektedir.” şeklinde özetlenebilir.
Matris çatlaması, kullanılan malzemeler arasındaki farklı termal genleşme oranları nedeniyle matrisin soğurken deformasyonu ve çatlamasıyla oluşur. Gözeneklilik, özellikle piroliz aşamasında, parçadaki hava boşluklarının öngörülemeyen arızalara yol açması nedeniyle bir sorundur. Lif çekilmesi, ortaya çıkan çatlakların yayılmasını önleyerek, enerjiyi çevredeki alana veya lifler boyunca dağıtarak bütün parçanın felaket şekilde kırılmasını engeller. Baskı sırasında bu lifleri kesebilir veya kaplamalarını hasar verebilirsiniz; lifler istenilen etkiyi sağlamak için yeterince iyi konumlandırılmamış veya çok kısa olabilir. Bu çekilme mekanizması, lifleri hasar verebilecek veya yalnızca kısa karbon lifleriyle çalışan diğer süreçlere kıyasla sürekli karbon lifli 3D baskının başlıca avantajlarından biridir. Continuous Composites neden herkesi dava ediyor? İşte bunun nedeni budur.
Bunun ötesinde, bunu doğru yapmak bir Goldilocks problemi gibidir; çünkü her geometri ve kullanım durumu için lifin nihai uzunluğunu ve yerleşimini doğrulamak ve belirlemek için çok sayıda test gerekir. Lif çekilmesi, Kevlar yeleklerin çalışmasını sağlayan aynı etkidir. Burada mermi kompozite çarpar, Kevlar liflerini reçineden çeker ve bu yüksek hızlı, çok yerel etkideki kuvveti yelek boyunca yayarak giyeni korur. Bambu da bir örnektir; aslında ligninde selüloz liflerinden oluşan bir kompozittir.
Bu arada, delaminasyon, piroliz sırasında gazların kaçması, parçaların soğuması veya son işleme sırasında meydana gelebilir. Bu, daha sonraki aşamalarda ortaya çıkan bir arıza olduğundan maliyetli olur ve tespit edilmesi gerekir; parça tamamen yeniden üretilmelidir. Eğer Phase3D bu kusurları hafifletebilir veya genel süreci hızlandırırsa, bu çok faydalı olacaktır. Phase, CMC üretimi sırasında hataların neredeyse her aşamada – bant üretiminden tabaka istiflemeye, otoklav konsolidasyonundan pirolize, eriyik infiltrasyonuna ve son işleme – ortaya çıkabileceğini ve bunun deneylerde ve üretimde çok zaman tasarrufu sağlayacağını belirtiyor.
Phase3D, Air Force Life Cycle Management Center’ın Propulsion Directorate (AFLCMC/ROD) ve Rapid Sustainment Office (AFLCMC/RSO) ile Air Force Research Laboratory’ın Materials and Manufacturing Directorate (AFRL/RX) tarafından konuşlandırılacak. Şirket, “Fringe Inspection’ın, CMC parçaları üretildiği anda yüzey deformasyonu ve kusur imzalarını tanımlamasını sağlayacak malzeme-spesifik kalibrasyon rutinleri, anomali-sınıflandırma modelleri ve doğrulama protokolleri geliştirecek, böylece son işlem CT taraması veya tahribatsız kesit beklemek zorunda kalmayacak” diye açıklıyor. CT süresini azaltmak ve sorunların ne zaman ve nerede ortaya çıktığını öğrenmek, bu malzemeleri üretmeye çalışanlar için büyük zaman tasarrufu sağlayacak. Özellikle farklı lifler, kaplamalar, lif uzunlukları ve yerleşimleri, performans ve arıza modları üzerinde önemli etkiler yaratabilir.
Phase3D CEO’su Niall O’Dowd şunları söyledi:
“Fringe Inspection, gerçek zamanlı olarak şu soruya cevap vermek için inşa edildi: Ürettiğiniz parça, tasarladığınız parça mı? NASA, Hava Kuvvetleri ve önde gelen havacılık prime firmaları için metal parçalar üzerinde yıllarca kanıtladık. Bu program, Hava Kuvvetlerinin bir sonraki nesil itiş ve termal koruma için güvendiği tamamen farklı bir malzeme sistemi için aynı soruyu sormamıza olanak tanıyor ve parçanın bitiminden sonra bir kusur bulmanın maliyeti metalde olduğundan bile daha yüksek.
Şimdilik, Phase I aşamasında ekip, CMC'nin üretimde kullanımını ve nasıl konuşlandırılabileceğini, Oklahoma City Air Logistics Complex (OC-ALC) ve Ellsworth Air Force Base gibi ortaklarla çalışarak inceleyecek.
Applications Engineering Manager Andrew Holiday şunları ekledi:
“Seramik matris kompozitleri, bant üretiminden infiltrasyona ve son işleme kadar birçok aşamada çok şey yanlış gidebileceği için nitelendirilmesi ünlü derecede zordur. Endüstri, metal eklemeli üretimi geri tutan aynı yaklaşım olan son işlem CT taramaları ve tahribatsız testlerle bunu çözmeye çalışıyor. Gerçek zamanlı, katman-katman görünürlük, bu malzemenin tam olarak ihtiyaç duyduğu şeydir ve Fringe Inspection zaten bunu yapmaktadır.”
Bu, Phase3D için harika bir adım ve onları anahtar bir malzeme ailesinin geliştirilmesi ve endüstrileşmesinin ön saflarına yerleştiriyor. CMC'ler, Hava Kuvvetleri için ölçekli birçok sorunu çözebilir ve Phase3D araştırmalarını hızlandırırsa, şirket bu segmentte büyüme ve kalıcılık için iyi bir konuma gelecektir.