Kako testirati performanse hlađenja metalnih kalupa za 3D štampu?

一, Glavni dijelovi ispitivanja performansi hlađenja
1. Ispitivanje termodinamičkih performansi
Mjerenje toplotne provodljivosti važan je način da se sazna koliko dobro materijali prenose toplinu. ASTM E1461 laserska metoda može precizno procijeniti termičku difuzivnost materijala kalupa između -100 i 500 stepeni Celzijusa. Istraživački tim je testirao 3D štampan čelik za kalupe H13 i otkrio da je njegova toplotna provodljivost 28,5W/(m·K), što je 12% više od standardnih postupaka kovanja. To je zato što 3D štampa stvara jedinstvenu fino zrnastu strukturu.

Glavni cilj analize termičke otpornosti je otkriti koliko dobro kalup prenosi toplinu. Da biste napravili mape oblaka temperaturnog gradijenta, možete postaviti termoelemente na važne tačke na kalupu i koristiti tehnologije infracrvenog termičkog snimanja da ih kombinujete. Test koji je obavila određena kompanija koja proizvodi autodijelove pokazuje da temperatura njihovog 3D štampanog jezgra kalupa od -livene legure aluminijuma ostaje unutar ± 3 stepena nakon izrade 1000 kalupa u nizu. Ovo je 60% niže od tradicionalnih kalupa.

2. Ispitivanje dinamike fluida
Testiranje karakteristike pada pritiska je dobar način da se vidi da li je dizajn kruga rashladne vode razuman. Micronics PT100 uređaj za kalibraciju protoka može ispravno otkriti gubitak tlaka u plovnom putu kada je brzina protoka između 0,1 i 100 L/min. Studija slučaja elektronskog kalupa za pakovanje pokazala je da je 3D-štampani spiralni kanal vode za hlađenje pao za samo 0,8kPa pri brzini protoka od 20L/min, što je bilo 45% manje od tradicionalnog kanala bušotine. Ovo pokazuje da je njegov dizajn kanala više u skladu s principima dinamike fluida.

Za testiranje uniformnosti protoka koristi se višekanalna mreža senzora protoka. Istraživački tim je postavio 12 mjesta za praćenje protoka u komplikovanom 3D-štampanom kalupu za šupljinu. Uočili su da se odstupanje protoka svakog kanala održava unutar ± 2% kako bi se osiguralo da je rashladni medij ravnomjerno raspoređen. Ova procedura testiranja je veoma dobra za-precizne kalupe koji se koriste u avio industriji. Na primjer, kalup za podršku satelita koji je poboljšao uzorak plovnog puta kako bi smanjio deformaciju savijanja proizvoda sa 0,3 mm na 0,05 mm.

2, Sistem za testiranje na različitim skalama
1. Testiranje na mikroskopskoj skali
Metalografska studija može pokazati-jedinstvene-- mikrostrukturne osobine 3D štampe. Sa metalografskim mikroskopom Olympus BX53M možete vidjeti fina stupasta zrna koja su napravljena postupkom laserskog topljenja u sloju praha (LPBF). Ova zrna su više od 50% manja od onih napravljenih tipičnim metodama livenja. Ova mikrostruktura čini materijal daleko boljim u suočavanju s termičkim zamorom. Nakon 10 ^ 6 termičkih ciklusa, određeni test je pokazao da 3D štampani kalupi i dalje imaju potpunu strukturu granice zrna, dok su tradicionalni kalupi imali jasne pukotine.

Micromeritics AutoPore V živini intruzioni porosimetar se koristi za pronalaženje poroznosti. Može ispravno pronaći gdje su pore u kalupu. Medicinski test kalupa implantata pokazao je da se promjenom postavki štampanja poroznost može smanjiti sa 0,5% na 0,08%, a veličina pora je uglavnom bila između 1 i 5 μm. Ova debela struktura sprečava curenje rashladnog medija i čini kalup jačim.

2. Testiranje u velikim razmjerima
Dinamički nadzor termičke slike je jednostavan način da vidite koliko se kalupi ravnomjerno hlade. FLIR T865 termovizijska kamera može vam pokazati kako temperatura na površini kalupa varira u realnom vremenu. Ima rezoluciju od 640 × 480 i može da vidi temperature od -40 stepeni do 1500 stepeni. Prilikom testiranja određenog kalupa za glavu motora automobila, istraživači su uporedili termalne slike 3D štampanja i tradicionalnih kalupa. Otkrili su da je standardna devijacija distribucije temperature kod kalupa za 3D štampanje samo 1,2 stepena, što je 75% niže od one kod tradicionalnog kalupa. Ovo je pokazalo da je konformni dizajn kruga rashladne vode napravio veliku razliku u toplinskoj ravnoteži.

MTS 370.10 mašina za ispitivanje zamora se koristi za ispitivanje izdržljivosti. Simulira kako bi se performanse kalupa promijenile nakon 1 milion toplih i hladnih ciklusa s opsegom opterećenja od ± 25kN. 3D štampani čelik kalupa zadržava 90% svoje originalne tvrdoće nakon 500.000 ciklusa, dok tradicionalni kalupi gube 30% svoje tvrdoće pod istim uvjetima. To je zato što se tehnologija 3D štampanja oslobađa unutrašnje koncentracije stresa.

3, Upotreba najnovijih tehnika testiranja
1. Tehnologija digitalnih blizanaca
Digitalni model blizanaca procesa hlađenja kalupa može se napraviti kombinovanjem softvera za analizu protoka kalupa Moldflow sa metodama mašinskog učenja. Studijska grupa je napravila AI model koji može pogoditi distribuciju temperature, brzine i pritiska u određenom području obučavanjem na 36.000 skupova parametriziranih podataka o obliku peraja. Predviđeni rezultati modela se dobro poklapaju sa stvarnim podacima testiranja, sa stopom tačnosti od 95%. Ovo je 40% bolje od standardnih empirijskih metoda i smanjuje vrijeme potrebno za izradu kalupa.

2. Mreža sićušnih senzora
Postavljanje mikro senzora temperature i pritiska u kalup može vam omogućiti da pratite proces hlađenja u realnom vremenu. Konkretna studija koristila je 24 MEMS senzora u 3D-štampanom malom izmjenjivaču topline za uspješno mjerenje lokalnih temperaturnih promjena od 0,1 stepen, dajući preciznu podršku podacima za upravljanje kanalima. Ova tehnika je odlična za izradu-preciznih kalupa u svemirskoj industriji. Na primjer, kalup za mlaznice raketnog motora koji kontrolira promjene temperature u području koncentracije toplotnog stresa unutar ± 5 stepeni putem senzorske mreže.

4. Standardi i kriterijumi za ispitivanje u industriji
ISO 23499-2017, "Standard za procjenu kvaliteta za metalnu 3D štampu", objavila je Međunarodna organizacija za standardizaciju (ISO). Postavlja standard za procjenu performansi hlađenja. Test toplotne provodljivosti treba da prati standard ASTM E1461, test pada pritiska treba da prati ISO 527-2 specifikaciju, a test zamornog veka treba da prati standard ISO 1217. U Kini, standardi poput GB/T 39251-2020 "Metode karakterizacije svojstava metalnog praha u proizvodnji aditiva" daju industriji pun skup tehničkih specifikacija.