Onderdeel van onze complete gids voor draadboog-additieve productie →
In zware industriële toepassingen zoals de energiesector, de scheepvaart, defensie en de lucht- en ruimtevaart is de structurele integriteit van geproduceerde onderdelen van cruciaal belang. Additive Manufacturing met draadboogtechniek heeft zich ontpopt als een toonaangevende oplossing voor de fabricage van onderdelen van meerdere meters groot, maar om deze grootschalige onderdelen in gebruik te kunnen nemen, is onomstotelijk bewijs van kwaliteit vereist. Volumetrische defecten, scheurtjes in het oppervlak en interne afwijkingen kunnen een onderdeel onder zware belasting in gevaar brengen.
Niet-destructief onderzoek vormt de belangrijkste methode om deze onderdelen te keuren, waarbij wordt gegarandeerd dat ze voldoen aan internationale productienormen zonder dat het fysieke onderdeel wordt gewijzigd of beschadigd. In deze gids worden de specifieke uitdagingen bij het testen van metaalprints op basis van draad onder de loep genomen, worden de belangrijkste testmethodieken geëvalueerd en wordt een kader geschetst voor het uitvoeren van grondige inspectieprocessen.
De uitdaging van het inspecteren van ruwe WAAM-geometrieën
Bij het inspecteren van onderdelen die met behulp van robotgestuurde draadboogdepositie zijn vervaardigd, spelen metallurgische en geometrische variabelen een rol die bij traditionele giet-, smeed- of subtractieve productieprocessen niet voorkomen. Inzicht in deze uitdagingen is essentieel voor het kiezen van de juiste inspectiestrategie.
Oppervlaktetopologie en golving
Het ruwe, onbewerkte oppervlak van een lasverbinding bestaat uit overlappende lasnaden. Deze karakteristieke oneffenheden vormen een groot obstakel voor standaard contacttestmethoden. Ultrasone transducers hebben bijvoorbeeld een vlak oppervlak nodig om een goede akoestische koppeling te garanderen. Ruwe oppervlakken verstrooien akoestische energie en vervormen signalen, wat kan leiden tot valse positieven of diepe interne defecten volledig kan verbergen.
Anisotrope korrelstructuren
De thermische afzettingscyclus, waarbij laag voor laag wordt aangebracht, zorgt voor een uiterst complexe microstructuur. Doordat volgende lagen op eerdere sporen worden gesmolten, ondergaat het metaal een gerichte stolling, wat leidt tot grote, anisotrope, kolomvormige dendritische korrels. In roestvrij staal, duplexstaal en nikkellegeringen zorgen deze grote korrels voor een hoge akoestische demping. Wanneer geluidsgolven door het materiaal reizen, worden ze verstrooid aan de korrelgrenzen, een fenomeen dat bekend staat als Rayleigh-verstrooiing. Dit vermindert de signaal-ruisverhouding drastisch tijdens ultrasoon onderzoek.
Defectclassificaties die specifiek zijn voor draadaanvoer-systemen
Technici moeten controleren op specifieke defectpatronen die afwijken van die bij poederbedprocessen. Tot de volumetrische defecten behoren bolvormige gasporositeit als gevolg van verontreinigd beschermgas, verstrengelde lasnaadbreuken tussen aangrenzende lasnaden en scheuren tussen de laslagen die worden veroorzaakt door overmatige warmteopbouw. Lineaire defecten, zoals stollingsscheuren of delaminatie langs laaggrenzen, kunnen eveneens optreden als de procesparameters afwijken.
Belangrijkste NDT-methoden voor grootschalig 3D-printen met metaal
Een degelijke kwalificatiestrategie maakt doorgaans gebruik van een combinatie van elkaar aanvullende niet-destructieve testmethoden. Elke methode biedt specifieke mogelijkheden, afhankelijk van of het onderdeel zich in zijn ruwe, direct na het printen verkregen toestand bevindt of dat het een laatste bewerking heeft ondergaan.
Visuele controle
Visuele inspectie vormt de eerste verdedigingslinie en vindt zowel tijdens het geautomatiseerde printproces als na voltooiing plaats. Technici controleren op duidelijke oppervlaktefouten, zoals ondersnijdingen, zichtbare scheurtjes tussen de printlagen, porositeit van het oppervlak en ernstige geometrische vervormingen. Moderne geautomatiseerde systemen zijn vaak uitgerust met optische sensoren of camera’s met hoge resolutie om tijdens het printproces visuele inspecties uit te voeren, waarbij geometrische afwijkingen worden gedetecteerd voordat de volgende laag wordt aangebracht.
Ultrasoononderzoek met phased array
Ultrasoononderzoek met een phased array-systeem geldt als de gouden standaard voor het opsporen van interne, volumetrische defecten in dikwandige onderdelen. In tegenstelling tot conventionele transducers met één element maken phased array-systemen gebruik van een reeks kleine elementen. Door de timing van de pulsen elektronisch te variëren, kunnen ingenieurs de geluidsbundel door het materiaal sturen, focussen en laten scannen zonder de sonde fysiek te verplaatsen.
Dankzij deze scanmogelijkheid vanuit meerdere hoeken kan de akoestische energie zich een weg banen langs de grove, kolomvormige korrelstructuren van het lasmetaal, waardoor verstrooiing tot een minimum wordt beperkt en een duidelijk dwarsdoorsnedebeeld ontstaat van interne lasfouten of diepe porositeit.
Röntgenonderzoek
Bij radiografisch onderzoek worden röntgen- of gammastralen gebruikt om het onderdeel te doorlichten, waarbij een beeld van de interne structuur op een digitale detector of film wordt geprojecteerd. Omdat radiografie gebaseerd is op dichtheidsverschillen, is deze methode buitengewoon nauwkeurig bij het opsporen van holtes, bolvormige gasporositeit en vreemde insluitsels.
De belangrijkste beperking van radiografie bij grootschalige additive manufacturing is de geometrie van het onderdeel. Bij zeer complexe of ingesloten geometrieën met meerdere assen kan het fysiek onmogelijk zijn om de stralingsbron en de film correct te positioneren. Bovendien vereisen de enorme wanddiktes die kenmerkend zijn voor zware industriële onderdelen bronnen met een hoog energievermogen, wat de veiligheidsmaatregelen extra belast.
Penetrantonderzoek en magnetisch-deeltjesonderzoek
Deze methoden voor oppervlakte-inspectie zijn zeer effectief, maar vereisen doorgaans dat het onderdeel wordt voorbehandeld of bewerkt. Bij het penetrantonderzoek wordt een vloeistof op het oppervlak aangebracht, die via capillaire werking in scheurtjes trekt, waarna een ontwikkelvloeistof wordt aangebracht om de gebreken zichtbaar te maken.
Bij magnetisch deeltjesonderzoek wordt een magnetisch veld opgewekt in ferromagnetische materialen, zoals koolstofstaal en duplex roestvast staal, waarbij ijzerdeeltjes worden gebruikt om magnetische fluxlekkage als gevolg van scheurtjes in het oppervlak zichtbaar te maken. Beide methoden zijn van onschatbare waarde voor het controleren van de integriteit van kritieke lasvoeten en eindbewerkte oppervlakken.
Wervelstroomonderzoek
Bij wervelstroomonderzoek wordt gebruikgemaakt van elektromagnetische inductie om oppervlakte- en onderhuidse defecten in geleidende metalen op te sporen. Een spoel die wisselstroom geleidt, wekt een plaatselijk magnetisch veld op in het werkstuk, waardoor wervelstromen ontstaan. Onregelmatigheden zoals scheuren of holtes onderbreken de stroom van deze wervelstromen, waardoor de elektrische impedantie van de spoel verandert. Wervelstroomonderzoek is zeer gevoelig en biedt een duidelijk voordeel: het maakt het mogelijk om onderdelen te inspecteren door dunne verflagen of niet-geleidende beschermende coatings heen, waardoor agressieve chemische reiniging overbodig wordt.
Uitgebreide vergelijking van NDT-methoden
Bij het kiezen van het ideale testprotocol moet een afweging worden gemaakt tussen de testmogelijkheden enerzijds en de toestand van het materiaal, de kosten en de fysieke toegankelijkheid anderzijds. De onderstaande tabel biedt een direct technisch overzicht van de belangrijkste opties.
| Testmethode | Doelgebied | Optimale materiaaltoestand | Materiaalcompatibiliteit | Belangrijkste voordeel | Belangrijkste beperking |
| Visuele controle | Alleen oppervlak | Zoals gedrukt en bewerkt | Alle geleidende en niet-geleidende metalen | Goedkoop en in realtime uitvoerbaar tijdens het afdrukken | Kan geen ondergrondse of interne defecten detecteren |
| Fased-array-ultrasoon | Volumetrisch en intern | Bewerkte of voorbehandelde oppervlakken | Koolstofstaal, titanium, roestvrij staal | Hoge gevoeligheid voor defecten in de fusie van vlakke structuren | Heeft te kampen met sterke demping in grofkorrelige structuren |
| Röntgenonderzoek | Volumetrisch en intern | Zoals gedrukt en bewerkt | De meeste constructielegeringen | Uitstekend geschikt voor het opsporen van bolvormige gasporositeit | Hoge veiligheidsrisico’s en geometrische toegangsbeperkingen |
| Penetrant | Alleen oppervlaktebreuk | Alleen bewerkte vlakken | Niet-poreuze metalen, waaronder aluminium en brons | Eenvoudige uitvoering met zeer overzichtelijke visuele resultaten | Vereist volledige verwijdering van oneffenheden in het ruwe lasoppervlak |
| Magnetisch deeltje | Oppervlakte en vlak onder het oppervlak | Gebearbeid of licht voorbewerkt | Ferromagnetische materialen zoals koolstofstaal | Detecteert smalle scheurtjes die gevuld zijn met verontreinigingen | Uitsluitend voor ferromagnetische metalen |
| Wervelstroomonderzoek | Oppervlakte en vlak onder het oppervlak | Licht voorbehandelde oppervlakken | Alle elektrisch geleidende metalen | Kan door dunne coatings en verflagen heen scannen | De penetratiediepte is beperkt tot enkele millimeters |
We zijn voortdurend op zoek naar nieuwe methoden en ontwikkelingen op het gebied van WAAM-technologieën. Bekijk onze bevindingen op onze R&D-pagina.
Standaard NDT-werkprocessen: onbewerkte afdrukken versus volledig bewerkte onderdelen
Aangezien de toestand van het oppervlak bepalend is voor de doeltreffendheid van bepaalde niet-destructieve testmethoden, worden industriële kwalificatiecycli op basis van de productiefase in afzonderlijke fasen onderverdeeld.
Fase één: Controle van het gedrukte onderdeel
De tests beginnen onmiddellijk nadat de robotarm klaar is met het aanbrengen van het materiaal en het onderdeel is afgekoeld tot kamertemperatuur. Het doel is om grote macrodefecten op te sporen voordat er tijd en geld wordt geïnvesteerd in nabewerking en machinale bewerking.
- Visuele inspectie na het drukken: De gehele geometrie wordt visueel of met behulp van gestructureerd-lichtsystemen gescand om te controleren of de afmetingen kloppen en om te kijken of er zichtbare oppervlaktefouten zijn.
- Hoogenergetische röntgenfotografie: Indien het geometrische profiel dit toelaat, wordt er een röntgenfoto gemaakt van het ruwe gietstuk om de interne dichtheid te beoordelen en gebieden met aanzienlijke porositeit of ernstige lasfouten op te sporen.
- Gerichte wervelstroommeting op ruwe oppervlakken: Technici maken gebruik van speciale flexibele sondes die zich aan de golvingen van de lasnaad kunnen aanpassen, en scannen zo kritieke zones die gevoelig zijn voor scheurvorming door thermische spanning.
Fase twee: Inspectie van het bewerkte onderdeel
Zodra het onderdeel een nabewerking heeft ondergaan, zoals warmtebehandelingen voor spanningsvermindering en subtractief CNC-frezen, wordt het oppervlak glad. Hierdoor komt het volledige scala aan niet-destructieve testmethoden met hoge resolutie beschikbaar.
- Voorbereiding van het oppervlak en inspectie van het oppervlak: Er wordt een penetrant- of magnetische-deeltjesonderzoek uitgevoerd op het gehele bewerkte oppervlak, met bijzondere aandacht voor de overgangszones waar het geprinte metaal in contact komt met traditionele gesmede of gegoten basisplaten.
- Ultrasoononderzoek met phased array: Het gladde, machinaal bewerkte oppervlak zorgt voor een optimale akoestische koppeling. Technici voeren volledige volumetrische scans uit met behulp van speciale wiggen die zijn afgestemd op het materiaaltype, om de interne structuur met millimeterprecisie in kaart te brengen.
- Eindcontrole en hardheidsmetingen: Kritieke constructiezones worden onderworpen aan niet-destructieve hardheidsmetingen om te controleren of de warmtebehandelingen na het drukken de beoogde mechanische eigenschappen hebben opgeleverd.
Lees meer over hoe wij deze fasen in onze projecten toepassen op de pagina met toepassingen.
Internationale normen en naleving voor WAAM-inspecties
Om geprinte onderdelen in gereguleerde sectoren te mogen gebruiken, moeten fabrikanten zich houden aan de kaders die zijn vastgesteld door internationale normalisatie-instellingen en classificatiebureaus. Deze instanties hebben de traditionele normen voor lassen en gieten aangepast om ook additieve productieprocessen te omvatten.
DNV RP A203 en DNV OS B101
DNV geldt als een toonaangevende autoriteit op het gebied van de kwalificatie van onderdelen vervaardigd via additive manufacturing voor maritieme en offshore-energietoepassingen. De aanbevolen praktijk DNV RP A203 biedt duidelijke richtlijnen voor de kwalificatie van apparatuur die via additive manufacturing is vervaardigd. Hierin worden strenge testprocedures beschreven, waaronder specifieke eisen voor het bijhouden van niet-destructief onderzoek, waarbij wordt vastgelegd dat onderdelen een kwaliteitsniveau moeten halen dat gelijk is aan of hoger is dan dat van traditionele gesmede of gegoten equivalenten.
ASME-code voor ketels en drukvaten
Voor drukapparatuur, afsluiters en verdeelstukken moeten onderdelen voldoen aan de ASME Boiler and Pressure Vessel Code, met name Sectie V inzake niet-destructief onderzoek en Sectie IX inzake las- en soldeerkwalificaties. Bij het kwalificeren van een booglasproces moet de fabrikant aantonen dat de toegepaste NDT-technieken gebreken tot aan de door de ontwerpcode gespecificeerde minimaal toegestane afmetingen betrouwbaar kunnen detecteren.
Aanvullende essentiële normen
- ISO 17640: Niet-destructief onderzoek van lasnaden met behulp van ultrasone technieken.
- ASTM E3029: Standaardprocedure voor het valideren van de tracking en prestaties van computertomografiesystemen.
- AWS D20.1: Specificatie voor de fabricage van metalen onderdelen met behulp van additive manufacturing, gepubliceerd door de American Welding Society.
- NACE MR0175: Ervoor zorgen dat constructiematerialen die worden blootgesteld aan zure omgevingen een gespecialiseerde inspectie ondergaan om sulfidespanningsscheurvorming te voorkomen.
Het kwalificatietraject vereist een volledig procedurekwalificatierapport, ondersteund door uitgebreide gegevens over niet-destructief onderzoek, waarmee wordt gegarandeerd dat de robotcel tijdens meerdaagse productieruns een constante kwaliteit levert. Lees meer over onze certificering en hoge kwaliteitsnormen.
MetalXL-software inzetten voor digitale traceerbaarheid en inspectie
Wat het moderne robotgestuurde draadboogprinten echt onderscheidt, is de manier waarop software het proces van niet-destructief onderzoek kan optimaliseren en stroomlijnen. Bij traditionele productie wordt vertrouwd op inspectie achteraf, wat betekent dat technici een onderdeel van meerdere meters lang moeten scannen om een mogelijke fout op te sporen. De MetalXL-softwaresuite van MX3D brengt hierin een fundamentele verandering teweeg door geavanceerde digitale traceerbaarheid te integreren.
Tijdens het printproces houdt de MetalXL Live-module continu kritieke procesgegevens bij en registreert deze rechtstreeks vanaf de lasrobot. Parameters zoals de temperatuur tussen de laslagen, de draadaanvoersnelheid, de stroomsterkte, de spanning en de positie van de lastoorts worden in realtime geregistreerd. Als er een thermische piek optreedt of als de afkoeltijd tussen de laslagen afwijkt van de goedgekeurde procedure, registreert de software de exacte ruimtelijke coördinaten van de afwijking.
Zodra het onderdeel de inspectiefase bereikt, genereert de MetalXL Viz-module een digitale tweeling van het onderdeel in hoge resolutie, waarbij de geregistreerde sensorgegevens rechtstreeks op de geometrie van het 3D-model worden geprojecteerd. Dit biedt NDT-technici een overzicht van de exacte locaties waar procesafwijkingen zijn opgetreden. In plaats van een uitgebreide, tijdrovende volumetrische scan van een zes meter lange constructie uit te voeren, kunnen inspectieteams zeer gerichte phased array-ultrasone tests of radiografie uitvoeren op de exacte zones die door de software zijn gemarkeerd. Deze datagestuurde aanpak vermindert de testkosten aanzienlijk, versnelt de industriële certificering en biedt eigenaren van activa een onveranderlijk verslag van de interne kwaliteit.
Klaar om WAAM te gebruiken voor uw toepassingen en projecten?
Veelgestelde vragen
Wat is niet-destructief onderzoek bij additieve fabricage met booglassen?
Onder niet-destructief onderzoek verstaan we een reeks analysetechnieken die worden gebruikt om de structurele integriteit, de interne kwaliteit en de mechanische degelijkheid van geprinte metalen onderdelen te beoordelen zonder het onderdeel fysiek te beschadigen.
Waarom is ultrasoon onderzoek moeilijk uit te voeren op onbehandelde, geprinte onderdelen?
De kenmerkende golving van het oppervlak van overlappende lasnaden zorgt ervoor dat het akoestische signaal wordt verstrooid, waardoor standaard contactprobes geen gelijkmatige koppeling kunnen behouden. Bovendien zorgt de grove, anisotrope korrelstructuur van het metaal voor een sterke akoestische demping.
Kun je onderdelen die met draadboog worden vervaardigd inspecteren terwijl ze worden geprint?
Ja. In-line inspectie kan worden uitgevoerd met behulp van visuele sensoren, laserprofilometers en warmtebeeldcamera’s die in de robotcel zijn geïntegreerd. Deze instrumenten controleren laag voor laag de geometrische conformiteit en de temperatuurprofielen, waardoor het systeem of de operator defecten onmiddellijk kan verhelpen.
Welke NDT-methode is het meest geschikt voor het opsporen van onvolledige versmelting in metalen afdrukken?
Ultrasoononderzoek met een phased array-systeem is zeer effectief voor het opsporen van interne, vlakke lasfouten, omdat de geluidsbundel elektronisch kan worden gestuurd en vanuit verschillende hoeken kan worden gefocust om de vlakke randen van de defecten te raken.
Hoe zorgt digitale procesregistratie ervoor dat de kosten voor niet-destructief onderzoek dalen?
Softwareplatforms zoals MetalXL registreren en loggen exacte productieparameters in realtime. Door procesafwijkingen in kaart te brengen op een digitale tweeling, kunnen technici het scannen van defectvrije delen overslaan en zich bij het testen met hoge resolutie uitsluitend richten op de betreffende gebieden. Ontdek onze technologie.
