Soluzioni e nuove sfide CND per l’ispezione di parti aeronautiche realizzate mediante processi di Additive Manufacturing

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Soluzioni e nuove sfide CND per l’ispezione di
parti aeronautiche realizzate mediante
processi di Additive Manufacturing
Massimo Capriolo (Aerondi Srl);
Luca Valente, (Aerondi Srl);
Giovanni Bengio (UTC Microtecnica Srl);
Francesca Agricola (UTC Microtecnica Srl);
Riccardo Girelli (Labormet Due Srl).

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Abstract
• Lo sviluppo dei processi MAM e la diffusione di un approccio trasformativo alla produzione
industriale che consenta la creazione di parti e sistemi più leggeri e resistenti, richiede il
contestuale sviluppo di tecniche CND adeguate nell’ambito dei metodi “tradizionali”, e allo stesso
tempo traina la diffusione degli impianti CT, che rappresentano un insostituibile strumento di
verifica degli aspetti geometrici dei prodotti, nonché un valido supporto per la valutazione dei
difetti interni.
• Accade spesso nell’ambito dei controlli non distruttivi di qualifica o di accettazione dei prodotti
realizzati con processi MAM, di trovarsi a confrontare risultati provenienti rispettivamente da
scansioni CT e da ispezioni tradizionali (prevalentemente RT e PT), non sempre fra loro concordanti
e che invece di dirimere le problematiche relative alla conformità del componente talvolta creano
situazioni dubbie e difficilmente risolvibili con metodologie non distruttive.
• Sono inoltre evidenti le difficoltà che gli addetti ai CND incontrano nella valutazione dei risultati di
ispezione, derivanti dalla limitata conoscenza delle difettologie tipiche dei processi MAM che
solitamente vengono equiparate a quelle tipiche delle fusioni o delle zone fuse dei giunti saldati.
• Inoltre, la limitata disponibilità di testi e norme di riferimento per l’ interpretazione e la valutazione
delle indicazioni, non contribuisce a migliorare l’attuale scenario.
• Questo lavoro cerca di individuare i confini di attendibilità dei diversi metodi di ispezione, con
particolare riferimento a componenti caratterizzati dalla presenza di pareti sottili e geometrie
complesse, utilizzati nel campo aeronautico per svariate applicazioni.

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Diffusione MAM nel settore
aerospaziale
MAM in diffusione nel settore aerospace per nuovi particolari e rimpiazzo di
processi storici nella realizzazione di parti strutturali e meccaniche
Principali processi sostituiti (nella esperienza AERONDI, e quale oggetto di
questa memoria):
• Investment Casting
• Sheet Metal + Welding
• Sheet Metal + Welding + Machining
NDT sono applicati nelle fasi di processo:
• Prototipazione
• FAI
• Intermedie eventuali
• Delibera

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Metodi NDT per le parti
MAM
I metodi NDT più frequentemente impiegati:
• RT per difetti nel volume
• PT per difetti superficiali
• µCT per molteplici scopi, tra cui ricerca difetti in genere
Trovano scarsa applicazione:
• MT - causa scarso impiego di acciai per le parti qui considerate
• UT – ET causa geometrie delle parti e caratteristiche intrinseche dei
materiali, entrambe sfavorevoli a causa dell’elevata rugosità superficiale in
condizioni «as printed»

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Criteri di accettabilità per le
parti MAM
In assenza di norme ad hoc, e di adeguata esperienza sugli esiti del processo MAM,
spesso vengono adottate le prescrizioni relative ai processi sostituiti.
Relativamente ai requisiti operativi di ispezione, esiste talvolta una discreta applicabilità
di quanto in essere per i prodotti ottenuti da processi tradizionali (Investment Castings),
mentre in altri casi lo scenario muta radicalmente (Welded Sheet Metal).
Mentre, relativamente ai criteri di valutazione delle indicazioni, la mutuabilità risulta
sempre molto scarsa; si ricorre quindi spesso a semplificazioni quali:
• Uso dei soli criteri generali contenuti nelle norme esistenti
• Definizione delle indicazioni in termini esclusivamente morfologici (lineare,
tondeggiante, isolata, cluster, allineate).
Con il rischio di sottovalutare difetti critici e viceversa.

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Applicabilità degli standard
internazionali per le parti MAM
Qualche esempio di applicabilità e non
• AMS STD 2175 Tabella 4
Criterio Corrispondenza MAM
(indicazioni soggette)
Note
Cricche Cricche
Stappi a caldo n/a
Giunti freddi Fusioni incomplete Parziale applicabilità
Ritiri n/a
Porosità, singola, allineata,
raggruppata, distribuita
Microporosità*
Vuoti
*Rilevabile con micrografia
Inclusioni di materiale
estraneo
estraneo

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• AMS STD 2175 Tabelle da 6 a 14 e note di tabella 5
Note
Cricche Cricche
Stappi a caldo n/a
Giunti freddi Fusioni incomplete Parziale applicabilità
Ritiri n/a
Porosità, singola, allineata,
raggruppata, distribuita
Microporosità*
Vuoti
estraneo
estraneo
Misrun (riempimento
incompleto dello stampo)
Misrun Mancanza di materiale
sulla superficie

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• AWS D17.1 Tabella 7.1
Note
Cricche Cricche
Incollatura, mancata
fusione
Incollatura, mancata
fusione
Si sviluppano maggiormente
tra gli strati depositati
Incompleta penetrazione n/a
Porosità superficiale Microporosità*
Vuoti
Porosità sub-superficiale Microporosità*
Vuoti
Inclusioni Inclusioni
Incisioni n/a
Insellamenti n/a

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Difettosità specifiche del processo e applicabilità degli standard internazionali
Difettosità MAM Criterio Note
Polvere non fusa Nessuno
Intrappolamento di
polvere
Nessuno
Balling Nessuno
Mismatch Nessuno
Transition lap Nessuno

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Difettosità tipiche rilevate
nelle parti MAM
Le parti qui considerate presentano spesso pareti molto sottili e/o forme
geometricamente complesse, che sono portatrici di criticità specifiche legate alle
caratteristiche intrinseche dei manufatti realizzati con MAM:
• Presenza difetti passanti
• Presenza di vuoti (diffusi, raggruppati, allineati)
• Stratificazione (mancate fusioni, incollature, misrun)
• Cricche
• Indicazioni geometriche (Mismatch, transition lap)
• Danni da rimozione supporti
• Residui di supporti
• Residui di polvere intrappolati
Si vedano gli esempi seguenti

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Difettosità tipiche rilevate nelle
parti MAM con ispezioni RT-PT
• Presenza difetti passanti
Particolari in lega di titanio con spessore di parete 1mm
che presentano indicazioni passanti.

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• Presenza di vuoti diffusi
Particolare in acciaio inox con spessore di parete 1,6mm che presenta aree di vuoti diffusi
(tecnica a singola parete, singola immagine).

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Stesso particolare dell’immagine precedente (acciaio inox con spessore di parete 1,6mm), che
presenta aree con vuoti diffusi

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• Presenza di vuoti diffusi che potrebbero essere riconducibili a Mancata fusione
Particolare in lega di alluminio con spessore di parete 1mm che presenta vuoti allineati
sul bordo (tecnica singola parete, singola immagine)
Particolare in lega di titanio con spessore di parete 1mm che presenta vuoti passanti dedotto
dal successivo controllo con liquidi penetranti (tecnica doppia parete, doppia immagine)

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Particolare in lega di titanio con spessore di parete 2mm che presenta vuoti diffusi sulle superfici
intere ed esterne passanti e non.
Esterno Interno

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Particolare in lega di
alluminio con spessore di
parete 1mm che presenta
vuoti diffusi in prossimità
di un bordo (tecnica
singola parete, singola
immagine)
Particolare in lega di alluminio con
spessore di parete 1mm che
presenta vuoti diffusi in prossimità
di un foro (tecnica singola parete,
singola immagine)

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• Mancata fusione / incollatura
Particolare in lega di titanio con spessore di parete 1mm che presenta una
mancata fusione (tecnica doppia parete, doppia immagine)

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• Mancata fusione / incollatura
Particolare in lega di Ti che
presenta delle mancate fusioni sui
bordi

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• Presenza di mancate / fusioni incollature
Particolare in lega di titanio con spessore di parete 1mm che presenta indicazioni lineari
riconducibili a incomplete fusioni nella definizione dei raggi di raccordo.

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• Presenza di cricche
Particolare in lega di alluminio che presenta delle cricche in prossimità dei fori.

21
• Presenza di cricche
Particolare in lega di alluminio che presenta delle cricche in prossimità dei fori.

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• Misrun (Irregolarità sulla superficie causata da un riempimento incompleto)
spessore di parete 1mm che
presenta misrun (tecnica singola
parete, singola immagine).
Particolare in lega di
alluminio con spessore di
parete 1mm che presenta
misrun (tecnica con
sovrapposizione di 3
pareti, immagine multipla).

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• Danni da rimozione supporti
spessore di parete 1mm che presenta una
indicazione superficiale dovuta a handling
(tecnica doppia parete, doppia immagine)
Particolare in lega di alluminio
con spessore di parete 1mm
che presenta uno strappo
superficiale dovuto alla
rimozione di supporti (tecnica a
doppia parete, doppia
immagine)

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• Residui di supporti (Mancata rimozione)
Particolare in lega di alluminio con spessore di parete 1mm che presenta dei
supporti non rimossi (tecnica a doppia parete, doppia immagine).

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• Residui di polvere intrappolati
Particolare in lega di alluminio con spessore di parete 1mm che presenta dei
supporti non rimossi (tecnica con sovrapposizione di 3 pareti, immagine multipla).

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Approfondimenti con µCT di
indicazioni rilevate con RT-PT
Particolare in lega di alluminio con spessore di parete 1mm che presenta alcune
aree di abbondante ritenzione del penetrante. All’esame visivo il particolare
presenta una superficie locale molto irregolare.

27
Approfondimenti con CT di
Il seguente esame radiografico evidenzia irregolarità superficiali e vuoti
localizzati.

28
L’approfondimento con esame tomografico evidenzia e conferma irregolarità
superficiali e vuoti localizzati con la loro precisa posizione nel volume.

29
Seguono dettagli di altre aree con la stessa tipologia di difettosità già individuate
dagli esami RT-PT

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Particolare in acciaio inox con spessore di parete 1,6mm che presenta aree di vuoti diffusi
rilevati con PT e RT (slide 18-19). L’ispezione µCT conferma le indicazioni rilevate e
permette il posizionamento delle stesse nel volume della parte ispezionata.

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nelle parti AM - Highlights PT
• Rumore di fondo da superfici irregolari (migliorare la condizione superficiale
senza ostruire eventuali discontinuità risulta molto difficile) – Peening-
honing-etching
• Difetti passanti evidenziabili con tecniche PT dedicate Blow-out da recessi,
residui o cavità che non possono essere ermeticamente chiuse

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nelle parti AM - Highlights RT
• Risoluzione esasperata causa bassi spessori
• Complessità e sovrapposizione
• Interpretazione immagini
• Indicazioni superficiali sovrapposte nelle immagini
• Non evidenzia il carattere passante dei difetti

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parti MAM - Highlights CT
• Non applicabile per alcune geometrie complesse.
• Allo stato attuale, non inseribile in un ciclo produttivo con ispezioni al 100%
delle parti e dei lotti
• Strumento insostituibile durante la prototipazione di parti critiche e non,
anche per analisi dimensionali
• Ancora limitate le normative di riferimento (Guide per computer tomography
ASTM E1441 - Imaging, E1570 - Examination, E1672 – System selection) e/o
standard di accettabilità

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Conclusioni
Una ispezione ND completa ed efficace su parti MAM richiede:
• Accurato esame visivo preliminare con rimozione/riparazione di
quanto non accettabile e/o verifica della rugosità superficiale, capace
di compromettere l’efficacia dei controlli successivi
• Tecniche PT per rivelazione difetti passanti e superficiali
• Tecniche RT ad alta risoluzione
• Supporto µCT per localizzazione 3D di indicazioni dubbie
• Personale esperto e specificamente formato
• Requisiti basati sulle peculiarità del processo e dei materiali coinvolti

35
Qualche domanda ?
Grazie per la vostra attenzione !

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