基於 CT 影像進行航空航太零件的積層製造驗證和品質控制

概述

積層製造 (AM) 是航太工業的寶貴工具，特別是與 X 射線電腦斷層掃描等非破壞性方法相結合來檢查和分析缺陷時。與有限元素建模 (FEM) 結合使用時，可以量化零件缺陷的影響。

在該專案中，對用於 TARANIS 衛星的鋁製增材製造零件進行了分析，以確定材料內孔隙的位置。 Simpleware 用於產生 FEM 模型，以驗證其結構集成，使用隨機振動模型並與 CAD 建模和拓撲最佳化的結果進行比較。

亮點

使用 Simpleware ScanIP 軟體對鋁合金零件的 X 射線 CT 數據進行分割和處理
使用 Simpleware FE 模組生成用於可在 ANSYS Workbench 中進行模擬的模型
結果驗證了 AM 方法用於比較 CAD 模型和設計零件，用於空間任務的應用

影像處理

利用 X 射線 CT 掃描（V Tome X System、GE、Phoenix）獲取包含缺陷的鋁合金零件影像數據。
採用 Simpleware ScanIP 軟體從影像空間中分割出構件的主體，創建結構的初始掩模; 刪除與主體無連接部分的掩模區域。
使用 Paint 和 Paint with threshold 工具精準分割結構，減少金屬偽影。然後對分割后的幾何結構進行平滑處理，增加網格劃分前表面的平滑度。

圖：從 Simpleware ScanIP 中的 CT 數據分割鋁增材製造零件

FEA 有限元分析與網格劃分

圖：在 Simpleware 中產生的網格可匯出至 ANSYS Workbench

使用 Simpleware FE 演算法對幾何體進行網格劃分，自動產生粗網格，同時保持感興趣特徵的細節。網格細化區域應用於結構的頂部，節點組添加到螺絲孔區域。最終網格匯出至 ANSYS Workbench 進行模擬。

圖：ANSYS Workbench 中的 Von Mises 應力模擬

最終網格在 ANSYS Workbench 中使用，並使用 Simpleware 中的節點集設定邊界條件。使用基於影像的模型進行的模擬是為了與先前的 CAD 模擬進行比較，包括模型之間 Von Mises 應力的比較。

結論

該研究透過檢查零件的 X 光 CT 掃描來驗證積層製造工藝，並使用高品質網格來模擬性能，實驗、CAD 和 FEM 結果的比較可以有效地考慮設計模型和掃描幾何形狀之間的偏差，此工作流程對於為航太工業中的增材製造流程添加新水準的品質控制和分析非常有用。該部件已經成功測試，現在可以整合到太空任務中。

致謝

這項研究被整合到一個名為 ALMIA（工業應用積層製造）的大型計畫中。 SOGECLAIR Aerospace 與 CNES、FUSIA、RATIER-FIGEAC 和 ICA 共同領導此計畫。此專案的目標是定義和驗證空間應用從概念到實現的新增材製造流程。本案例研究重點在於鋁合金 AS7606 製成的單一零件，計畫整合到 TARANIS 衛星上。

參考資料