Kako procijeniti vijek trajanja metala 3D tiskanih dijelova?

1. Standardizirano ispitivanje: postavljanje mjerila za evaluaciju
Međunarodna organizacija za standardizaciju (ISO) i američko društvo za procjenu i materijale (ASTM) postavilo je osnovna pravila za procjenu života umora metalnih 3D stavka. Standard ASTM E466-21 jedan je od ovih. Standardizira oblik, veličinu, način učitavanja i metodologiju prikupljanja podataka testnih uzoraka tako da naučnici mogu testirati alku za aksijalni umor od metalnih legura. Ovaj standard kaže:
Dobijanje uzorka: Laser Selective Selektivni postupci topljenja (EBM) (EBM) se koriste za ispis standardnih cilindričnih šipki ili zakrivljenih uzoraka greda kako bi se osiguralo da su dimenzije tačne. Na primjer, jedna firma za zrakoplovne motore promijenila je postavke ispisa tako da se površinska hrapavost TI6AL4V uzoraka otišla iz RA 12 μ m do RA 3,2 μ m. To je uveliko snizilo šansu za koncentraciju stresa.
Kontrola zaštite okoliša: Da bi utjecali na okoliš utjecaju na ponašanje umornosti, budite blisko oko temperature ispitivanja (± 2 stepena), vlažnosti (± 5% RH) i koncentraciju kisika. Na primjer, dok testira uzorke od nehrđajućeg čelika od nehrđajućeg čelika u okruženju soli, potrebno je kopirati oceanske uvjete za procjenu performansi otpornosti na koroziju.
Prikupljanje i analiziranje podataka: Korištenje statističkih metoda za izradu S - n krivulja da pronađu granicu umora materijalnih uvjeta, možete pratiti vremena ciklusa, reakciju na stres i vrijeme preloma u stvarnom vremenu. Proizvođač medicinskih proizvoda testirao je svoj 3D tiskani kobaltni legura od legure hroma 10 puta i otkrio da je njegova snaga umora veća od 95% od krivotvorenih dijelova.
2. Karakterizacija nedostataka: otkrivanje onoga što je uzrokovalo neuspjeh
Unutarnji nedostaci imaju veliki utjecaj na to koliko dugo metal 3D štampane stavke mogu trajati. Studije su pokazale da su dimenzije, lokacija i usklađivanje neopterećenih nedostataka, pora i nemilosnih čestica kritične odrednice u pojavu pukotina umora. Na primjer, pore u TI6AL4V leguri koji su više od 50 μ m širok može smanjiti život umora za više od 60%. Dakle, moramo koristiti multi - pristupe za otkrivanje skale kako bismo u potpunosti opisili nedostatke:
Testiranje koje ne oštećuje objekt: x - Računarska tomografija (CT) koristi se za mjerenje količine poroznosti i raspodjele grešaka. Ultrazvučno testiranje se takođe koristi za pronalaženje problema u vezivanju između slojeva. Specifični dobavljač zrakoplovne komponente otkriven je putem CT skeniranja da je rafiniranje pristupa skeniranja može umanjiti poroznost od 0,8% na 0,2%.
Analiza metala: Pogledajte promjenu mikrostrukture i pogledajte kako toplotna obrada utječe na veličinu žitarica i sastav faza. Na primjer, vrući izostatički prešanje (HIP) može učiniti alfaznim zrncama od aluma za ti6al4v manji od 5 μm, što uvelike povećava otpor u umora.
Mjerenje preostalog stresa: Koristite lasersku metodu male rupe ili x - difrakcijsku metodu da biste pronašli preostali stres na površini i pogledajte kako utječe na brzinu na kojoj se pukoti. Određeni proizvođač automobila koristio je snimljenim zavijanjem za dodavanje -400MPA preostalog kompresovog stresa, koji su aluminijski legura trajali tri puta duže.
3, optimizacija procesa: upravljanje opasnostima u izvoru
Podešavanja procesa štampanja imaju direktan učinak na por mikrostrukturu dijelova i karakteristike oštećenja. Život umora može se uvelike poboljšati fino - podešavanja podešavanja i posta - obradu:
Kontrola gustoće energije: Da biste smanjili krpljenje grešaka uzrokovanih premalo ili previše energije, trebali biste prilagoditi lasersku snagu, brzinu skeniranja i debljinu sloja. Na primjer, kompanija je koristila Experimentalni dizajn DOE-a kako bi otkrio da je najbolja gustoća energije za SLM tisak od nehrđajućeg čelika 316L 80J / mm ³, što ga čini 25% jačim od umora.
Optimizacija smjera izgradnje: Neka Anisotropy ima manje utjecaja na performanse umora. Na primjer, život umornog uzoraka koji su okomit na sloj za štampanje iznosi 40% manje od onog uzoraka koji su paralelni s njom. To se može uvelike poboljšati promjenom ugla na kojem su dijelovi postavljeni.
Tehnologija za postavku - Obrada:
Vrući izostatički pritisak (HIP) se oslobađa od unutrašnjih pora i podiže snagu umora TI6AL4V legure od 450MPA do 620MPA.
Liječenje površine: Da biste površinu postali glatkiji, vibraciono poliranje ili elektrohemijsko poliranje. Peening snimka se zatim koristi za dodavanje preostalog pritiskanog stresa. Na primjer, život umor specifičnog aviona sečiva motora iznosi 1,2 puta je od krivotvorenog predmeta nakon kombinacije pucanja i poliranja vibracija.
4. Digitalni blizanci: predviđanje i provjera zatvorene petlje
Američki odjel za odbranu za projekt koristio je Multi - senzorski fuzijski i digitalni Twin Technologies za stvaranje zatvorenog sistema petlje za praćenje procesa štampanja i predviđanje njegove dugovječnosti.
Pravi - Vremenski nadzor temperature topline temperature, toplotne akumulacije i razvoja oštećenja pomoću kombinacije optičkih, infracrvenih i akustičnih senzora. Akustični senzor kompanije Addigururu, na primjer, može se pokupiti na minutu promjene u zvučnim valovima unutar metala i pronaći pore koje su promjera 20 μ m ili veće promjera.
Modeliranje digitalnog blizanaca: Izvršite virtualne kopije svakog dijela, pratiti nedostatke i testirajte kako rade pod različitim pritiscima. Alphastorov genoa softver koristi simulaciju mikrostrukture i mehaniku loma da pogodi koliko će dugački dijelovi trajati ispod 10 ⁷ ciklusa, s brzinom greške manje od 10%.
Ispitivanje u laboratoriji: Koristite testiranje umora kako biste bili sigurni da je model tačan. Auburn university testirao je 3D štampane TI6al4l4V uzorke 10 puta i utvrdio da je predviđeni životni vijek digitalnog dvostrukog modela podudarao sa stvarnom vrijednošću za 92%.
5. Praksa industrije: učenje iz prethodnih slučajeva
GE Aviation koristi SLM tehnologiju za ispis mlaznica za gorivo za spajanje u zrakoplovnom industriji. Ove mlaznice traju dvostruko duže od tradicionalnih kovanih dijelova i preletjele su više od 10 miliona sati bez neuspjeha.
U medicinskom polju, Johnson & Johnson 3D ispisali kobaltne hromi legure hip zglobova koje su položile 10 ciklusa u testiranju umora koji su oponašali ljudsko okruženje. Ovo je mnogo bolje od industrijskog standarda od 5 × 10 ciklusa.
U automobilskoj industriji BMW Grupa koristi 3D tiskane aluminijske vodene jakne od aluminijuma koje su 40% lakše zahvaljujući optimizaciji topologije. Oni također koriste T6 Termički tretman kako bi ih mogli trajati preko 2000 sati, što je savršeno za motore koji rade u vrlo oštrim uvjetima.