Tomografía industrial aplicada a

componentes no convencionales

Mayo 2017

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Especialización

• Metalurgia

• Tecnologías de transformación

de materiales metálicos

• Inteligencia artificial en

procesos industriales

Datos relevantes www.azterlan.es

• 110

• 10

• 13 M€

Ubicación

Durango, Bizkaia

• Sostenibilidad, medio ambiente y

eficiencia energética

• Servicios Tecnológicos Avanzados

• Diseño e Ingeniería de

producto/proceso

Equipo disponible en IK4-AZTERLAN

y características del mismo

Ensayos END•Radioscopia, (Real Time Radiography).Tensión hasta 320KV, espesores hasta 30 mmen acero.•Tomografía axial computerizada. Tensión hasta 450KV, Spot size: 0,4 mm / 1 mmDimensiones de pieza máximas:

oAlto: 500 mm; Diámetro: 335 mm; Peso: 30 kg

oEspesor máximo: Fe: hasta 65 mmAl: hasta 250 mm

•Instalación Líquidos penetrantes fluorescentes autoemulsificables. Tipo I método A Forma a. Piezas hasta 500x500mm2

•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.

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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.

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Tomografía industrial

aplicada a

componentes no

convencionales

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• La tomografía digital es una técnica que en la actualidad viene siendo usada a nivel industrialpara la detección de defectos internos en componentes de aleaciones férreas o no férreasasociadas principalmente al sector de automoción.

• La capacidad de esta técnica de ubicar de forma precisa el defecto en el volumen delcomponente y de cuantificar su tamaño, es una herramienta que permite abordar problemas ysoluciones de forma efectiva. El nivel de detección esta asociada a aspectos tales como lageometría y la naturaleza el material objeto de análisis. Sin embargo esta técnica no está siendoampliamente utilizada por sectores tales como el médico a nivel industrial aunque a nivel deinvestigación por ejemplo el Profesor Luen Chow Chan de la universidad politécnica de HongKong aplica la micro tomografía en la evaluación de prótesis), tampoco está extendido el uso enel sector aeronáutico, ni en procesos de fabricación cuya complejidad ha planteado dudas sobresu capacidad y precisión.

• En esta presentación Se pretende demostrar como componentes fabricados en aleaciones dealta densidad como las utilizadas para la fabricación de prótesis de cadera, componentesaeronáuticos fabricados por la tecnología MIM y espumas formadas por la combinación demúltiples elementos han podido ser analizados con éxito mediante esta técnica.

Ensayo de tomografía en materiales no

convencionales

Abstract de la ponencia

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Tomografía computerizada ( CT ) tomo = palabra griega que significa corteLa imagen de Tomografía se corresponde con una reconstrucción en dos dimensiones, de uncorte de la sección transversal del interior de un objeto. Dicha imagen se consiguemediante un número elevado de captaciones tomadas desde diferentes ángulos y medianteadecuados algoritmos con un ordenador.

Principios físicos de la tecnología

tomografíca

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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

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Principios físicos de la tecnología

tomografíca

Resolución frente a tamaño objeto/elección generador

Tipo de bastidores

Tipos de detectores:

Cone Beam CT. Mas rápido

Fan Beam CT Soporta alta energías y primera opción en metrología .

Helical CT. Mejor calidad imagen en grandes ángulos

Laminography. Para objetos largos, sin 3D

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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.

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APLICACIONES PRINCIPALES DE LA TOMOGRAFIA INDUSTRIALInspección 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.

Estado tecnológico actual y tendencias

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Conceptos CTDesde 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.

Visión de la tomografia aplicada en la

industria

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Tecnologia para obtener el mejor objeto Tecnologia para obtener la mejor información

Visión de la tomografía aplicada en la

industria

Visión de la tomografía aplicada en la industria 4.0

X Raydetector

Control y calibraciones

Reconstrucción

X rayTube

Manipulador

Imagen

ArtefactoReconstrucción

Metodología comparativa

Inspección piezas Fabricación aditiva

Imagen material

Solución

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Normas/Standards

En Metrología se emplea:VDI/VDE 2630 Structure and Overview CT in Dimensional MeasurementLa 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 10360-11Geometrical Product Specifications (GPS) Acceptance and reverification tests for coordinatemeasuring machines (CMM) Part CTEspecifica las pruebas de aceptación para verificar el desempeño de una CMM (máquina de medición de coordenadas)

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Normas/standards

Normas de principios generales :ISO 15708-2:2002 Non-destructive testing -- Radiation methods -- Computed tomography -- Part 2: ExaminationpracticesDa pautas de elaboración de procedimientos para realizar exámenes CT.

ASTM E1441 – 11 Standard Guide for Computed Tomography (CT) ImagingEsta guía proporciona una introducción tutorial a la teoría y el uso de la tomografía computarizada.ASTM E1672 – 12 Standard Guide for Computed Tomography (CT) System SelectionEsta 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 1695-95 Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System PerformanceEste 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 1570-95a Standard Practice for Computed Tomographic (CT) ExaminationEsta 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 E1814-9 Standard Practice for Computed Tomographic (CT) Examination of CastingsEsta práctica proporciona un procedimiento uniforme para un examen CT de piezas moldeadas

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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

ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metalinjection molding (MIM) process . FP7-JTI-CS-2013-3-SGO-02-086 .

Tomografía en MIM: Componentes

aeronáuticos

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Tomografía en MIM: Componentes

aeronaúticos

ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metalinjection molding (MIM) process . FP7-JTI-CS-2013-3-SGO-02-086 .

MIM SINTERING FORGINGINVESTMENT

CASTING

Density (%) 96,5 85 100 100

E (kg/mm2) 40,8 31 57 55

A (%) 3,5 1,2 10 8

Hardness (HRC)

45 23 54 51

UTS. (kg/mm2)

66,3 44 92 88

Variación en densidad respecto a procesosconvencionales

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Tomografía en MIM: Componentes

aeronaúticos

ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metalinjection molding (MIM) process . FP7-JTI-CS-2013-3-SGO-02-086 .

Radiografía sobre película

Componente de unactuador hidraúlico de unavión fabricado medianteMIM en FN-50

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Tomografía en MIM: Componentes

aeronaúticos

ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process . FP7-JTI-CS-2013-3-SGO-02-086 .

Microestructura del material mostrando cierta porosidad

Imagen tomográfica y corteposterior, evidenciando el gradode detección alcanzado

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Tomografía en MIM: Componentes

aeronaúticos

ACCOMIM: Development of actuator components made by alternative metal injection molding (MIM) process . FP7-JTI-CS-2013-3-SGO-02-086 .

Ref.Total Part

volume [mm3]Defect Volume

[mm3]Porosity [%]

Number of defects

Largest defect volume [mm3]

36 750.91 1.93 0.28 3 1.15

52 754.07 1.2 0.16 3 0.49

68 741.05 3.43 0.46 3 1.78

Cuantificación de defectosinternos en piezas .

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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

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 5832-4, ISO 9583 e ISO 9584, ISO 7206-4, ISO 7206-6, ISO 7206-8.•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.

Tomografía en superaleaciones: Prótesis

de cadera

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Tomografía en superaleaciones: Prótesis

de cadera

Cobalto 28- Cromo 6 – Molibdeno- Densidad 8,5 Kgs/dm3

Medpro-ZL-2016/00646: Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera perdida.

Fundición a la cera perdida

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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

[mm3]

Numero de

defectos

Volumen del

defecto mayor

[mm3]

2D3 7.42 6 3.86

1D1 4.61 4 1.32

2D2 16.02 7 4.70

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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.

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Tecnologías aplicadas:• Pegados de materiales estructurales mixtos por

procesos térmicos o químicos.• Ensayos de disparo de alta energía.

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.

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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

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Tomografía en estructuras mixtas

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

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Tomografía en estructuras mixtas

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

Capaz de separarelementosdiferenciados y la realización de la toma de medidas

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* Título del proyecto: Development of actuator components made by alternative metal injection

molding (MIM) process . FP7-JTI-CS-2013-3-SGO-02-086 .

* Título del proyecto: MedPRO. Desarrollo y fabricación de prótesis de cadera en fundición a la cera

perdida. Gaitek 2014-2016.

* 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.

Proyectos relacionados

Proyectos y publicaciones relacionados

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Carmelo Santamarina.Director del departamento de NDTCorreo electrónico: csantamarina@azterlan.esPágina web: www.azterlan.es

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