Tomografía industrial aplicada a componentes no convencionales

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1 Tomografía industrial aplicada a componentes no convencionales Mayo 2017

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3 Datos relevantes M Ubicación Durango, Bizkaia Especialización Metalurgia Tecnologías de transformación de materiales metálicos Inteligencia artificial en procesos industriales Sostenibilidad, medio ambiente y eficiencia energética Servicios Tecnológicos Avanzados Diseño e Ingeniería de producto/proceso

4 Ensayos END Radioscopia, (Real Time Radiography). Tensión hasta 320KV, espesores hasta 30 mm en acero. Tomografía axial computerizada. Tensión hasta 450KV, Spot size: 0,4 mm / 1 mm Dimensiones de pieza máximas: oalto: 500 mm; Diámetro: 335 mm; Peso: 30 kg oespesor máximo: Fe: hasta 65 mm Al: hasta 250 mm Instalación Líquidos penetrantes fluorescentes autoemulsificables. Tipo I método A Forma a. Piezas hasta 500x500mm 2 Ensayo de ultrasonidos técnica de contacto, TOFD y Phased Array. Ensayo de partículas magnéticas en bancada para piezas hasta 600mmde longitud e ensayos in situ mediante yugo electromagnético. Equipo disponible en IK4-AZTERLAN y características del mismo 4

5 Cualificaciones END 31 certificaciones (8 inspectores) según UNE EN ISO 9712, (VT-RT-PT-MT). 3 técnicos con cualificación nivel 3. 5 Supervisores de instalaciones radiactivas. Ensayos acreditados ENAC en ultrasonidos y partículas magnéticas. 5

6 Tomografía industrial aplicada a componentes no convencionales 6

7 Ensayo de tomografía en materiales no convencionales Abstract de la ponencia La tomografía digital es una técnica que en la actualidad viene siendo usada a nivel industrial para la detección de defectos internos en componentes de aleaciones férreas o no férreas asociadas principalmente al sector de automoción. La capacidad de esta técnica de ubicar de forma precisa el defecto en el volumen del componente y de cuantificar su tamaño, es una herramienta que permite abordar problemas y soluciones de forma efectiva. El nivel de detección esta asociada a aspectos tales como la geometría y la naturaleza el material objeto de análisis. Sin embargo esta técnica no está siendo ampliamente utilizada por sectores tales como el médico a nivel industrial aunque a nivel de investigación por ejemplo el Profesor Luen Chow Chan de la universidad politécnica de Hong Kong aplica la micro tomografía en la evaluación de prótesis), tampoco está extendido el uso en el sector aeronáutico, ni en procesos de fabricación cuya complejidad ha planteado dudas sobre su capacidad y precisión. En esta presentación Se pretende demostrar como componentes fabricados en aleaciones de alta densidad como las utilizadas para la fabricación de prótesis de cadera, componentes aeronáuticos fabricados por la tecnología MIM y espumas formadas por la combinación de múltiples elementos han podido ser analizados con éxito mediante esta técnica. 7

8 Principios físicos de la tecnología tomografíca Tomografía computerizada ( CT ) tomo = palabra griega que significa corte La imagen de Tomografía se corresponde con una reconstrucción en dos dimensiones, de un corte de la sección transversal del interior de un objeto. Dicha imagen se consigue mediante un número elevado de captaciones tomadas desde diferentes ángulos y mediante adecuados algoritmos con un ordenador. 8

9 Principios físicos de la tecnología tomografíca El vóxel (del inglés volumetric pixel) es la unidad cúbica que compone un objeto tridimensional. Constituye la unidad mínima procesable de una matriz tridimensional y es, por tanto, el equivalente del píxel en un objeto 2D. El tamaño del voxel, en un mismo sistema, cambia con la magnificación. No es una medida de calidad, salvo que incluya condiciones del escaneado. Componentes sistema CT 9

10 Principios físicos de la tecnología tomografíca Resolución frente a tamaño objeto/elección generador Tipos de detectores: Cone Beam CT. Mas rápido Helical CT. Mejor calidad imagen en grandes ángulos Tipo de bastidores Fan Beam CT Soporta alta energías y primera opción en metrología. Laminography. Para objetos largos, sin 3D 10

11 Estado tecnológico actual y tendencias Norma VDG P202 Frente a otras técnicas radiográficas la tomografía es la única que muestra valores cuantitativos de las discontinuidades e indica su ubicación. Es decir además de valores precisos obtenemos una ubicación espacial que carecen las otras técnicas radiográficas. Los resultados se exponen NO como comparación contra imágenes de referencia sino como valores absolutos. 11

12 Estado tecnológico actual y tendencias APLICACIONES PRINCIPALES DE LA TOMOGRAFIA INDUSTRIAL Inspección Ensayos No Destructivo (END) Control de Calidad Detección automática de defectos Medición Localización de defectos Ing. Inversa Representación a escala real Medición Manual/automática Detección de longitud, superficie, volumen Comparación de Alteraciones Comparación Recogida precisa de datos geométricos Verificación de estructuras externas e internas Generación de datos de diseño Segmentación : Segmentación. Metrología: control dimensional empleando micro y nanofocos. Aumento capacidad de penetración incrementando la tensión de tubos o mediante el empleo de aceleradores lineales. 12

13 Visión de la tomografia aplicada en la industria Conceptos CT Desde hace tiempo estamos acostumbrados a concebir 2 tipos de objetos: Objetos físicos. Cyber physical objets. El ensayo de CT transforma el objeto físico en un Cyber physical objet, sobre el que podemos trabajar mediante diferentes herramientas, obteniendo información acerca del objeto físico original. Implicaciones inmediatas Con las ensayos NDT habituales únicamente aplicamos el concepto de bueno/malo A través del CT( Computer tomogrhapy) vamos a obtener una información en la mejora de nuestros productos. CT es más sofisticado que un sensor; genera información sobre la pieza que lo incorporamos al proceso de producción Debemos cambiar la perspectiva de resultados sobre pieza individual a conceptos para la mejora del proceso. Permite ubicar el defecto en el espacio cuantificarlo y en base a ello medir la evolución del mismo en función de las mejoras que se apliquen. 13

14 Visión de la tomografía aplicada en la industria Visión de la tomografía aplicada en la industria 4.0 Tecnologia para obtener el mejor objeto Tecnologia para obtener la mejor información X Ray detector Control y calibraciones Reconstrucción Metodología comparativa Imagen material Solución X ray Tube Manipulador Imagen Artefacto Reconstrucción Inspección piezas Fabricación aditiva 14

15 Normas/Standards En Metrología se emplea: VDI/VDE 2630 Structure and Overview CT in Dimensional Measurement La norma define los términos de la tomografía computarizada industrial Se clasifican en las siguientes áreas generales: términos generales y definiciones, fuentes de radiación, detectores de radiación, parámetros de exploración, reconstrucción de imágenes, artefactos y medición dimensional. ISO Geometrical Product Specifications (GPS) Acceptance and reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) Part CT Especifica las pruebas de aceptación para verificar el desempeño de una CMM (máquina de medición de coordenadas) 15

16 Normas/standards Normas de principios generales : ISO :2002 Non-destructive testing -- Radiation methods -- Computed tomography -- Part 2: Examination practices Da pautas de elaboración de procedimientos para realizar exámenes CT. ASTM E Standard Guide for Computed Tomography (CT) Imaging Esta guía proporciona una introducción tutorial a la teoría y el uso de la tomografía computarizada. ASTM E Standard Guide for Computed Tomography (CT) System Selection Esta guía cubre la conversión de los requisitos del comprador en los componentes del sistema que deben producirse para que se prepare una especificación del sistema CT ASTM E Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance Este método de ensayo proporciona instrucción para determinar la resolución espacial y la sensibilidad al contraste en imágenes de rayos X y de tomografía computarizada (TC) de rayos γ. ASTM E a Standard Practice for Computed Tomographic (CT) Examination Esta práctica es para la tomografía computarizada (CT), la cual puede usarse para revelar de manera no destructiva características físicas o anomalías dentro de un objeto bajo examen proporcionando densidad radiológica y mediciones geométricas. ASTM E Standard Practice for Computed Tomographic (CT) Examination of Castings Esta práctica proporciona un procedimiento uniforme para un examen CT de piezas moldeadas 16

17 Tomografía en MIM: Componentes aeronáuticos ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process. FP7-JTI-CS SGO Objetivos: Desarrollo de piezas empleadas en los actuadores utilizando la tecnología MIM. Reducción del tiempo necesario para la llegada de las piezas al mercado. Reducción de los costos de fabricación de las piezas en un 30%. Reducción del material sobrante necesario para fabricar la pieza en bruto en un 30%. Tecnologías aplicadas: Tecnología MIM para la inyección de polvos a alta presión y la sinterización posterior de los mismos. Ensayos destructivos y no destructivos para la validación del producto final. Utillajes relacionados con la tecnología de inyección de plástico 17

18 Tomografía en MIM: Componentes aeronaúticos ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process. FP7-JTI-CS SGO Variación en densidad respecto a procesos convencionales MIM SINTERING FORGING INVESTMENT CASTING Density (%) 96, E (kg/mm 2 ) 40, A (%) 3,5 1, Hardness (HRC) UTS. (kg/mm 2 ) 66,

19 Tomografía en MIM: Componentes aeronaúticos ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process. FP7-JTI-CS SGO Componente de un actuador hidraúlico de un avión fabricado mediante MIM en FN-50 Radiografía sobre película 19

20 Tomografía en MIM: Componentes aeronaúticos ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process. FP7-JTI-CS SGO Microestructura del material mostrando cierta porosidad Imagen tomográfica y corte posterior, evidenciando el grado de detección alcanzado 20

21 Tomografía en MIM: Componentes aeronaúticos ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process. FP7-JTI-CS SGO Cuantificación de defectos internos en piezas. Ref. Total Part volume [mm 3 ] Defect Volume [mm 3 ] Porosity [%] Number of defects Largest defect volume [mm 3 ]

22 Tomografía en superaleaciones: Prótesis de cadera Medpro-ZL-2016/00646: Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera perdida. Objetivos: Desarrollar la técnica de fabricación para la minimización de inclusiones y porosidades que aseguren la ausencia de elementos potencialmente contaminantes o perjudiciales para el trabajo de la prótesis así como garantizar sus propiedades mecánicas. Fabricar materiales de grano fino capaces de soportar la vida a fatiga exigida por las normas que regulan los implantes. Desarrollar nuevos controles durante la fabricación y en el control final que permitan la fabricación de este tipo de piezas según los estándares ISO , ISO 9583 e ISO 9584, ISO , ISO , ISO La consecución de los 3 puntos anteriores deberá permitir fabricar este producto como CLASE III según la normativa 93/42/ECC y por lo tanto abrirnos a la comercialización europea de estos productos. Tecnologías aplicadas: Técnicas de fusión y colado para la minimización de inclusiones. Ensayos no destructivos para productos de alta responsabilidad. Ensayos destructivos para la validación funcional de prótesis 22

23 Tomografía en superaleaciones: Prótesis de cadera Medpro-ZL-2016/00646: Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera perdida. Fundición a la cera perdida Cobalto 28- Cromo 6 Molibdeno- Densidad 8,5 Kgs/dm 3 23

24 Tomografía en superaleaciones: Prótesis de cadera Medpro-ZL-2016/00646: Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera perdida. Ref. Volumen defectos [mm 3 ] Numero de defectos Volumen del defecto mayor [mm 3 ] 2D D D

25 Tomografía en superaleaciones: Prótesis de cadera Medpro-ZL-2016/00646: Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera perdida. Capacidad de cuantificar dimensiones reales de la pieza. 25

26 Tomografía en estructuras mixtas Actimat- KK-2016/00097: Estructuras mixtas para impactos de baja y media energía Objetivos: Desarrollo de soluciones sándwich que permiten aportar la misma eficiencia frente a impactos de media energía sin comprometer el peso del vehículo o estructura. Garantizar las propiedades mecánicas mediante la sustitución de materiales masivos, empleados habitualmente para la protección frente impactos, por soluciones integren materiales espumosos metálicos otros materiales. Mejorar el rendimiento de las soluciones sándwich mediante el embebido de la capa intermedia de atenuación (espuma o honeycomb) en una pieza única mediante tecnologías de fundición y moldeo. Incrementar la resistencia mecánica del componente o vehículo mediante la combinación de las soluciones metálicas con otros materiales (poliméricos, materiales naturales de alta amortiguación, etc.) Integración de aleaciones metálicas de alto amortiguamiento elástico para incrementar la capacidad de absorción de la componente elástica de la energía en el momento del impacto. Tecnologías aplicadas: Pegados de materiales estructurales mixtos por procesos térmicos o químicos. Ensayos de disparo de alta energía. 26

27 Tomografía en estructuras mixtas Actimat- KK-2016/00097: Estructuras mixtas para impactos de baja y media energía El equipo es capaz de reconstrucciones 3D y medir espesores y distancias 27

28 Tomografía en estructuras mixtas Actimat- KK-2016/00097: Estructuras mixtas para impactos de baja y media energía 28

29 Tomografía en estructuras mixtas Actimat- KK-2016/00097: Estructuras mixtas para impactos de baja y media energía Capaz de separar elementos diferenciados y la realización de la toma de medidas 29

30 Proyectos y publicaciones relacionados Proyectos relacionados * Título del proyecto: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process. FP7-JTI-CS SGO * Título del proyecto: MedPRO. Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera perdida. Gaitek * Título del proyecto: Actimat. Estructuras mixtas para impactos de baja y media energía. ACTIMAT. ELKARTEK 2015 * Título del proyecto: Optimización de la respuesta funcional de las piezas de fundición (hierro y aluminio) mediante la localización y eliminación de la microporosidad. 7/12/EK/2006/08. 30

31 Carmelo Santamarina. Director del departamento de NDT Correo electrónico: Página web: 31