Una tomografia computerizzata a raggi X migliorata per il controllo della qualità di pezzi fabbricati avanzati
Una conseguenza delle tecnologie avanzate di fabbricazione è che alcune strutture interne tendono a essere inaccessibili e quindi il controllo della qualità è necessariamente distruttivo. Questo è chiaramente problematico per prodotti con un alto valore aggiunto, per i quali i clienti si aspettano affidabilità e qualità certificata. La risposta potrebbe essere la tomografia computerizzata (TC), che rende visibili le strutture interne e che inoltre associa metrologia dimensionale e analisi dei difetti dei materiali. Questa tecnologia ha però i suoi limiti. Il progetto INTERAQCT, finanziato dall’UE, ha creato un ambiente di ricerca, sfruttando un’ampia gamma di abilità per migliorare il flusso di lavoro della TC a raggi X industriale. Tra i successi ottenuti, i 15 ricercatori hanno migliorato le procedure di verifica per i test di accettazione di nuove attrezzature per TC, hanno potenziato un metodo per determinare i disallineamenti nei sistemi di TC (come la compensazione software, che riduce gli errori di misurazione) e hanno sfruttato la potenza della TC per ridurre al minimo la formazione di porosità nei pezzi stampati in 3D. Verso test non distruttivi Le tecniche di produzione innovative hanno permesso una serie di caratteristiche desiderabili per componenti ad alto valore aggiunto, come alta adattabilità (per esempio per gli impianti) e leggerezza (per esempio per l’industria aerospaziale), a un costo minore e con una maggiore efficienza. Prendendo l’esempio della stampa 3D però, il coordinatore di INTERAQCT, il professor Wim Dewulf, osserva, “I pezzi spesso hanno strutture interne complesse che permettono di associare forza, rigidità e leggerezza. Poiché queste non sono accessibili con i tradizionali strumenti per il controllo della qualità, possono essere ispezionate aprendo e distruggendo i pezzi, il che rende necessario in seguito fabbricare nuovamente tali pezzi sperando di ottenere un simile livello di qualità.” La tomografia computerizzata (TC) cattura immagini a raggi X di un oggetto da diverse prospettive e in seguito le associa per costruire un modello in 3D dell’oggetto. L’uso dei raggi X permette ai produttori di ricostruire anche la parte interna dell’oggetto. Contestualizzando questo il professor Dewulf spiega entusiasta, “la TC a raggi X apre una varietà senza precedenti di opportunità per un controllo della qualità non distruttivo, per esempio adesso possiamo misurare le dimensioni di strutture interne complesse, possiamo controllare che le fibre all’interno di un materiale composito siano orientate correttamente e possiamo rilevare difetti interni dei materiali, come crepe e pori. Possiamo anche fare tutte queste cose contemporaneamente.” Gli apporti per migliorare il flusso di lavoro della TC, come per esempio miglioramenti dell’efficienza dell’attrezzatura per la TC, software per TC, metodi non distruttivi di analisi, metrologia dimensionale, fabbricazione additiva, micro-fabbricazione e fabbricazione composita, richiedevano una squadra di lavoro molto interdisciplinare. I ricercatori selezionati rappresentavano molti settori diversi, come fisica, metrologia dimensionale, scienze dei materiali, ingegneria di precisione e ingegneria manifatturiera, attraverso l’industria, l’università e gli Istituti nazionali di metrologia d’Europa. Sostenere la forza motrice dell’economia europea Negli ultimi anni c’è stata una spinta verso una rinascita industriale in Europa, in un contesto in cui la produzione in serie viene sempre più delegata a economie a più basso reddito. L’impegno per salvaguardare e potenziare tale competitività richiede un cambiamento del centro d’interesse, da un vantaggio competitivo basato sul costo alla fornitura di prodotti di alta qualità e personalizzabili sulla base della domanda. Anche se per raggiungere questo obiettivo sono fondamentali tecnologie di produzione innovative, perché il concetto sia ampiamente accettato è necessario che esistano tecniche in grado di certificare la qualità dei prodotti. Come osserva il professor Dewulf: “Si tratta di una questione importante, perché la qualità dipende da strutture e caratteristiche interne che non si possono ispezionare con mezzi convenzionali. Migliorando l’ispezione della qualità basata sulla TC a raggi X, INTERAQCT ha contribuito a una più ampia accettazione di questi nuovi metodi di produzione nell’industria.” Nonostante i miglioramenti delle scannerizzazioni di TC di alta qualità, queste sono ancora effettuate offline e richiedono l’intervento di un esperto quando si rileva una nuova geometria. Il team di INTERAQCT sta attualmente lavorando per fare in modo che la TC industriale sia pronta all’uso rendendola veloce, autonoma, solida e completamente integrata. Come conclude il professor Dewulf, “La visione consiste nell’integrare la TC in un ambiente di produzione in un modo che permetta un controllo della qualità al 100 % di tutti i pezzi fabbricati e usare tutti i dati di scannerizzazione della TC per adattare e migliorare automaticamente il processo di produzione.”
Parole chiave
INTERAQCT, tomografia computerizzata, raggi X, pezzi fabbricati, stampa in 3D, composito, pezzi multi-materiale, controllo della qualità, non-distruttivo, metrologia dimensionale, analisi dei difetti dei materiali
