Hogyan lehet felmérni a fém 3D nyomtatott alkatrészek fáradtságát?

1. szabványosított tesztelés: referenciaértékek beállítása az értékeléshez
A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) és az Amerikai Értékelési és Materiák Társaság (ASTM) meghatározta a fém 3D nyomtatott elemek fáradtságának értékelésének alapvető szabályait. Az ASTM E466-21 szabvány az egyik. Szabványosítja a tesztminták alakját, méretét, terhelési módszerét és adatgyűjtési módszertanát, hogy a tudósok tesztelhessék a fémötvözetek axiális fáradtságát. Ez a szabvány azt mondja:
A minta elkészítése: A lézeres szelektív olvadás (SLM) vagy az elektronnyaláb -olvadás (EBM) eljárások a standard hengeres rudak vagy ívelt gerenda minták kinyomtatására szolgálnak, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a méretek helyesek -e. Például egy repülési motor cég megváltoztatta a nyomtatási beállításokat úgy, hogy a Ti6Al4V minták felületi érdessége RA 12 μm -ről RA 3,2 μm -re ment. Ez nagymértékben csökkentette a stresszkoncentráció esélyét.
Környezeti ellenőrzés: Annak érdekében, hogy a környezeti hatások ne befolyásolják a fáradtság viselkedését, tartsa figyelembe a tesztelési környezet hőmérsékletét (± 2 fok), páratartalom (± 5% RH) és oxigénkoncentrációját. Például, miközben a 316L rozsdamentes acél mintákat sós spray -környezetben tesztelik, az óceán körülményeinek megismétlését kell megismételni a korróziófáradtság -ellenállás teljesítményének felméréséhez.
Az adatok gyűjtése és elemzése: Statisztikai módszerek felhasználásával az S - n görbék előállításához az anyagi körülmények fáradtságának meghatározására, a ciklusidők, a stresszválasz és a törési idő valós időben megfigyelheti. Egy orvostechnikai eszköz gyártója tízszer tesztelte a 3D nyomtatott kobalt -króm ötvözet mesterséges ízületét, és megállapította, hogy fáradtságának szilárdsága több mint 95% -a a kovácsolt alkatrészeké.
2. A hibák jellemzése: Megtudás, mi okozta a kudarcot
A belső hibák nagy hatással vannak arra, hogy mennyi ideig tarthatnak a fém 3D nyomtatott elemek. A vizsgálatok kimutatták, hogy a kifogástalan hibák, pórusok és meg nem olvasztott részecskék mérete, elhelyezkedése és igazítása kritikus meghatározó tényezők a fáradtsági repedések kezdete során. Például a Ti6Al4V ötvözetben lévő pórusok, amelyek több mint 50 μm szélesek, több mint 60%-kal csökkenthetik a fáradtság élettartamát. Tehát a multi - skálaérzékelési megközelítéseket kell használnunk a hibák teljes leírására:
Tesztelés, amely nem károsítja az objektumot: x - Ray Computed Tomography (CT) a porozitás és a hibák eloszlásának mérésére szolgál. Az ultrahangos tesztelést a rétegek közötti kötés problémáinak felkutatására is használják. A CT -szkennelés útján felfedezett egy speciális repülési alkatrész -szállító, hogy a szkennelési megközelítés finomítása a porozitást 0,8% -ról 0,2% -ra csökkentheti.
A fémek elemzése: Nézze meg a mikroszerkezet változását, és nézze meg, hogy a hőkezelés hogyan befolyásolja a szemek méretét és a fázisok összetételét. Például a forró izosztatikus préselés (HIP) a TI6AL4V ötvözet alfa -fázisú szemcsévéből 5 μm -nél kisebb, ami jelentősen növeli a fáradtság ellenállását.
A maradék feszültség mérése: Használja a lézer kis lyuk módszerét vagy az x - sugár diffrakciós módszert, hogy megtalálja a maradék feszültséget a felületen, és nézze meg, hogyan befolyásolja a repedések terjedésének sebességét. Egy bizonyos autógyártó lövéscsillapítást használt -400mPa maradék nyomóstressz hozzáadásához, ami az alumínium könnyűfém kerekeket háromszor hosszabb ideig tartotta.
3, A folyamat optimalizálása: A veszélyek kezelése a forrásnál
A nyomtatási folyamat beállításai közvetlen hatással vannak az alkatrészek mikroszerkezetére és a hibajellemzőkre. A fáradtság élettartamát nagymértékben javíthatja a Fine - hangolási beállítások és a - feldolgozás:
Az energia sűrűségének ellenőrzése: A túl kevés vagy túl sok energia által okozott fröccsenési hibák minimalizálása érdekében módosítsa a lézerteljesítményt, a szkennelési sebességet és a réteg vastagságát. Például egy vállalat DOE kísérleti tervezést használt annak megállapítására, hogy az SLM nyomtatáshoz a 316L rozsdamentes acél legjobb energia sűrűsége 80J/mm ³, ami 25% -kal erősebbé teszi a fáradtságot.
Építési irány optimalizálása: Az anizotrópia kevésbé befolyásolja a fáradtság teljesítményét. Például a nyomtatórétegre merőleges szakítóminták fáradtságának élettartama 40% -kal kevesebb, mint a vele párhuzamos mintáké. Ez jelentősen javítható az alkatrészek elhelyezésének szögének megváltoztatásával.
Technológia a POST - feldolgozáshoz:
A forró izosztatikus préselés (HIP) megszabadul a belső pórusoktól, és növeli a Ti6AL4V ötvözet fáradtságát 450mPa -ról 620mPa -ra.
A felület kezelése: A felület simábbá tétele érdekében a rezgés polírozó vagy az elektrokémiai polírozást használják. Ezután a lövöldözést használják a maradék nyomóstressz hozzáadására. Például egy adott repülőgép -motor pengéjének fáradtságának élettartama 1,2 -szerese egy kovácsolt elemnek a lövés és a rezgés polírozásának kombinációját követően.
4. Digitális iker: Zárt hurok előrejelzése és ellenőrzése
Az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának elsődleges projektje több - érzékelő fúziós és digitális iker -technológiákat használt egy zárt - hurokrendszer létrehozásához a nyomtatási folyamat nyomon követésére és a hosszú élettartam előrejelzésére.
Valódi - Az olvadékkészlet hőmérsékletének, a hőfelhalmozódásnak és a hibás fejlődésének időfigyelése optikai, infravörös és akusztikus érzékelők kombinációjával. Az Addiguru Company akusztikus érzékelője például a fémek belsejében lévő hanghullámok perc változásaira képes felvenni, és átmérőjű vagy annál nagyobb pórusokat találhat.
Digitális iker modellezése: Készítsen virtuális példányokat az egyes részekről, nyomon kövesse a hibákat, és tesztelje, hogyan működnek különböző nyomás alatt. Az Alphastar Genova szoftvere mikroszerkezet -szimulációt és törési mechanikát használ, hogy kitalálja, mennyi ideig tart az alkatrészek 10 ⁷ ciklus alatt, 10%-nál kevesebb hibaarány mellett.
Tesztelés a laboratóriumban: Használjon fáradtságvizsgálatot, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a modell helyes -e. Az Auburn Egyetem tízszer tesztelte a 3D nyomtatott Ti6Al4V mintákat, és megállapította, hogy a digitális ikermodell várható élettartama 92%-kal illeszkedik a tényleges értékhez.
5. Ipari gyakorlat: Tanulás a múltbeli esetekből
A GE Aviation az SLM technológiát használja a motoros üzemanyag -fúvókák nyomtatásához az űriparban. Ezek a fúvókák kétszer olyan hosszú ideig tartanak, mint a hagyományos kovácsolt alkatrészek, és több mint 10 millió órán keresztül repültek anélkül, hogy kudarcot vallnak.
Az orvosi területen a Johnson & Johnson 3D nyomtatott kobalt -króm ötvözet csípő -ízületi poharak, amelyek 10 ciklust végeztek a fáradtságvizsgálat során, amely utánozta az emberi környezetet. Ez sokkal jobb, mint az 5 × 10 ciklus ipari szabványa.
Az autóiparban a BMW Group 3D -s nyomtatott alumínium ötvözet vízbajnokokat foglalkoztat, amelyek a topológia optimalizálásának köszönhetően 40% -kal könnyebbek. A T6 termikus kezelést is használják, hogy 2000 órán át tartsák őket, ami tökéletes a nagyon durva körülmények között működő motorok számára.