Técnicas de polimento fortalece implantes
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Desenvolvido por Lambda Research Inc. e refinado, com financiamento Glenn Research Center da NASA, a baixa plasticidade polimento (LPB) reforça componentes de metal, como a lâmina de aeronaves F100 mostrado aqui, através da aplicação de força para a superfície de um material para produzir uma camada desejada de residual de compressão stress. A técnica tem se mostrado eficaz para os componentes que sofrem de extrema pressão, temperatura e estresse.
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Quando o ar comprimido se mistura com combustível de jato e é inflamada em um motor a turbina, a temperatura pode atingir 3000 ° C. Como resultado deste escape de fogo, a turbina gira e depois força o ar através da parte traseira do motor, e os movimentos do jato para a frente.Enquanto o ar extremamente quente auxilia na propulsão de um avião, ela também pode tomar um pedágio nas lâminas da turbina e hubs hélice.
Lifespan um componente do motor é limitada não só pelo calor, mas também por fadiga geral (enfraquecimento), corrosão, fadiga fretting (desgaste mecânico e de oxidação que leva a cracking), e os danos objeto estranho. Mesmo uma pequena quantidade de dano pode causar uma falha que pode resultar em conseqüências catastróficas.Inspeção e manutenção para evitar essas falhas em motores de turbina aeronáutica é estimado para custar bilhões de dólares anualmente.
Técnicas como a shot peening (impinging pequenas esferas de aço sobre uma superfície), chocante laser (usando um laser para aplicar ondas de choque a um material), e deep-rolamento (aplicação de força, rolando uma ferramenta sobre a superfície) são frequentemente utilizados para aplicar tensão residual de compressão que realmente aumenta a resistência dos componentes do motor dura metal.
Na década de 1990, quando a NASA estava à procura de novos métodos e melhorado para aumentar a vida útil dos componentes do motor que se submetem a temperaturas extremas e de serviços, verificou-se um processo alternativo chamado de baixa plasticidade polimento (LPB), desenvolvido pela Research Inc Lambda ., de Cincinnati, Ohio.
Baseado em uma série de estudos sobre a estabilidade térmica de uma variedade de tratamentos de superfície, incluindo shot peening e chocante laser, Lambda descobriu que o trabalho mais frio (trabalhando de metal à temperatura ambiente) foram submetidos a um material, menos força é retida quando submetido a altas temperaturas. No desenvolvimento de LPB, Lambda usada apenas uma fração do trabalho a frio, o que aumentou a tolerância a danos de materiais e impedido rachaduras em componentes projetados para alta temperatura situações.
Parceria
Para demonstrar LPB nas seções quentes de componentes de turbinas metálicas do motor, Glenn Research Center da NASA concedido Fase I e II Inovação Tecnológica em Pequenas Empresas (SBIR) contratos para Lambda na década de 1990. Através destes SBIRS, Lambda mostrou LPB ser um meio acessível de produzir uma camada termicamente estável profunda de tensão residual de compressão em componentes metálicos que manteve-se estável em temperaturas de operação do motor. LPB também aumentou a vida útil dos componentes, dobrou o limite de resistência dos componentes, suspendeu as rachaduras existentes, e melhorou o desempenho à fadiga de ligas de turbina, sem alterar a liga ou o design.
Realizada por uma ferramenta de rolamento rolling hidrostática sobre a superfície de uma parte específica ou peça, LPB permite uma quantidade exata de força para criar uma camada de compressão desejado em uma única passagem.Produzindo uma camada estável e repetível profundo de tensão de superfície de compressão residual, metais tornam-se mais resistentes à corrosão, danos causados por objetos estranhos, e rachaduras.
"A Nasa nos deu a primeira oportunidade para demonstrar LPB em um aplicativo que desde que a nova tecnologia para o motor da aeronave, os aplicativos baseados em terra turbina, e ao envelhecimento da aeronave. Inicial NASA SBIR também foi instrumental no apoio de financiamento adicional, mais extensa que estava disponível através do Departamento de Defesa, principalmente com o Naval Air Systems Command (NAVAIR) e alguns com a Força Aérea, o que levou à introdução de LPB em comercial aeronaves, agora com o apoio da Federal Aviation Administration (FAA) ", diz Paul Prevéy, CEO do Grupo Lambda Technologies.
Antes de completar o seu trabalho com a NASA, Lambda patenteou o processo LPB e criou uma empresa spin-off, Surface Enhancement Technologies LLC, para LPB mercado. Em 2010, LPB ganhou reconhecimento como um dos "R & D 100" (uma lista dos 100 melhores invenções do ano), concedido pela R & D Magazine .
Resultado produto
Capaz de ser aplicada a todos os tipos de carbono e liga de aço, aço inoxidável, ferro fundido, alumínio, titânio, níquel e ligas à base de super, e muitos componentes com formas estranhas ou formas, LPB pode ser realizada em um ambiente de oficina mecânica, em campo, e usando ferramentas robóticas. Uma característica importante do método de aplicação é que LPB é altamente controlável e pode ser validado para garantir que o processo é aplicado a cada parte.
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| O processo LPB completamente eliminada a ocorrência de fretting, o que leva a rachaduras, no segmento de pescoço de um implante de quadril médica (acima à esquerda). Também aumentou a resistência à fadiga do implante em 40 por cento ea expectativa de vida por mais de 100 vezes. Realizada em um ambiente de oficina, no campo, e usando ferramentas industriais robótico (acima à direita), LPB pode ser aplicado a componentes de metal novo ou velho. | |
Durante a última década, LPB tem sido bem sucedida em eliminar completamente as falhas fadiga na primeira etapa palhetas em motores de aeronaves. Anteriormente, essas falhas resultaram na perda de várias aeronaves e tripulação. Lambda processou mais de 45.500 dessas palhetas, e conseguiu o controle do processo superior Six Sigma. Este tratamento é o que levou à FAA a aceitação de LPB como um processo adequado para reparação e alteração de componentes de aeronaves comerciais. Estima-se que LPB vai salvar o mercado de aeronaves mais de US $ 10 milhões para a mitigação da corrosão sob tensão em apenas um aplicativo trem de pouso.
Em 2009, Lambda e Delta Airlines anunciaram um acordo de parceria exclusiva para usar LPB para a manutenção de componentes de aeronaves comerciais, tais como trem de pouso, hubs hélice, e lâminas de turbina. Segundo as empresas, o esforço da equipe oferece oportunidades para estender a vida útil dos aviões mais antigos, superando danos causados por objetos estranhos, corrosão sob tensão e corrosão mecanismos de dano pitting que são comuns em toda a frota de aeronaves comerciais.
Além de ter um impacto significativo sobre os componentes de defesa e aeroespacial, LPB também teve um grande impacto sobre os fabricantes de implantes médicos. Lambda encontra a poupança para os mercados médicos e aviões combinados poderiam atingir cifras superiores a US $ 100 bilhões.
Uma parceria de 2004 entre Lambda e Exactech, uma empresa de ortopedia que desenvolve, fabrica, comercializa, distribui e vende dispositivos de implantes ortopédicos e instrumentação cirúrgica relacionados, iniciou a primeira aplicação comercial da LPB para parar fretting em implantes médicos. Antes de trabalhar com Exactech, Lambda abordado um problema semelhante em SBIRS com NAVAIR, com base no trabalho da NASA SBIRS, aplicar LPB parar fretting danos na junta encaixada na lâmina de motores a jato.
No caso do implante de quadril, fretting estava ocorrendo em uma seção do quadril tronco devido ao estresse cíclico grave, pois cada passo dado por um paciente representou um único ciclo carga e descarga. Exactech explorou uma série de soluções para aumentar o desempenho do implante, incluindo peening laser e rolo de polimento, mas nada comparado ao LPB, o que melhorou a resistência à fadiga do tronco do quadril em mais de 40 por cento e aumentou a vida útil da peça por mais de 100 vezes. Dados da Food and Drug Administration EUA confirmou que LPB completamente eliminada a ocorrência de falhas fretting fadiga em implantes de quadril modular. LPB foi integrado no processo de fabricação e aplicado a mais de 3.400 implantes de quadril.
Outra aplicação onde LPB foi escolhida em detrimento de laser peening foi na eliminação da tensão residual na solda de fechamento final do longo prazo contentores de resíduos nucleares de armazenamento para Montanha Yucca. A placa de revisão do projeto para os recipientes selecionados por unanimidade LPB para a maior profundidade de compressão, vantagens em logística, controle de qualidade, acabamento de superfície, e custo. O Departamento de Energia dos EUA encontrou LPB produzido compressão residual que excedeu a profundidade necessária para a superfície para permanecer na compressão para a vida do projeto 50 mil anos-dos recipientes.
