Kuidas hinnata metalli 3D -trükitud osade väsimuslikku eluiga?

1. standardiseeritud testimine: hindamiseks mõeldud võrdlusaluste seadistamine
Rahvusvaheline standardimisorganisatsioon (ISO) ja Ameerika hindamise ja materjalide selts (ASTM) määrasid põhireeglid metalli 3D -trükitud esemete väsimuseea hindamiseks. ASTM E466-21 standard on üks neist. See standardiseerib katseproovide kuju, suuruse, laadimismeetodi ja andmete kogumise metoodikat, et teadlased saaksid testida metallisulamite aksiaalset väsimust. See standard ütleb:
Proovi valmimine: laserivaliku sulamise (SLM) või elektronkiire sulamise (EBM) protseduurid kasutatakse standardsete silindriliste vardade või kõverate talaproovide printimiseks, et veenduda, kas mõõtmed on õiged. Näiteks muutis üks lennundusmootori ettevõte printimise sätteid nii, et TI6AL4V proovide pinnakaredus läks RA -lt 12 μm -lt RA -le 3,2 μm. See vähendas oluliselt stressi kontsentratsiooni võimalust.
Keskkonnakontroll: keskkonnamõjude mõjutamisest väsimuse käitumise mõjutamisel jälgige tähelepanelikult testimiskeskkonna temperatuuri (± 2 kraadi), õhuniiskust (± 5% RH) ja hapniku kontsentratsiooni. Näiteks testides 316L roostevabast terasest proove soolapihustuskeskkonnas, on vaja korrosiooniväsimuskindluse tulemuslikkuse hindamiseks korrata ookeanitingimusi.
Andmete kogumine ja analüüsimine: kasutades statistilisi meetodeid s - n kõverate tegemiseks materiaalsete tingimuste väsimuse piiri leidmiseks, võite jälgida tsükli aegu, stressi reageerimist ja luumurdude aega reaalajas. Meditsiiniseadmete tootja on testinud kümme korda oma 3D -prinditud koobaltikroomisulami kunstlikku liigest ja leidis, et selle väsimustugevus on rohkem kui 95% sepistatud osadest.
2. defektide iseloomustamine: teadasaamine, mis põhjustas ebaõnnestumise
Sisemised puudused mõjutavad suurt mõju sellele, kui kaua 3D -trükitud esemed võivad kesta. Uuringud on näidanud, et väsimusteta pragude ilmnemisel on kriitilised määrajad, et mõõtmed, paiknemine ja joondamine on väsimuspragude alguses kriitilised määrajad. Näiteks TI6AL4V sulami poorid, mis on üle 50 μm, võivad väsimuse tööaega vähendada enam kui 60%. Seega peame defektide täielikuks kirjeldamiseks kasutama multi - skaala tuvastamise lähenemisviise:
Testimist, mis ei kahjusta objekti: x - kiirte arvutatud tomograafiat (CT) kasutatakse poorsuse ja rikete jaotuse mõõtmiseks. Ultraheli testimist kasutatakse ka probleemide leidmiseks kihtide vahelistel sidemetel. CT -skaneerimise kaudu avastatud konkreetne lennunduskomponendi tarnija, et skaneerimismeetodi täpsustamine võib poorsust vähendada 0,8% -lt 0,2% -ni.
Metallide analüüs: jälgige mikrostruktuuri muutmist ja vaadake, kuidas kuumtöötlus mõjutab terade suurust ja faaside koostist. Näiteks võib kuum isostaatiline pressimine (HIP) muuta TI6AL4V sulami alfafaasi terad, mis on väiksemaks kui 5 μm, mis suurendab oluliselt väsimuskindlust.
Jääkpinge mõõtmine: kasutage laser väikese augu meetodit või x - kiirte difraktsiooni meetodit, et leida pinnale jääkpinge ja vaadata, kuidas see mõjutab pragude leviku kiirust. Teatud autotootja kasutas -400MPa survepinge lisamiseks pistikut, mis muutis alumiiniumist valuveljed kestma kolm korda kauem.
3, protsessi optimeerimine: ohtude haldamine allika juures
Prindiprotsessi sätted mõjutavad otseselt osade mikrostruktuuri ja defektide omadusi. Väsimuslikku elu saab oluliselt täiustada peen - häälestamise sätted ja postitus - töötlemine:
Energiatiheduse juhtimine: liiga vähese või liiga palju energia põhjustatud pritsmisvead minimeerimiseks peaksite reguleerima laseri võimsust, skaneerimiskiirust ja kihi paksust. Näiteks kasutas ettevõte DOE eksperimentaalset disaini, et leidis, et SLM -i trükkimise 316L roostevabast terasest parim energiatihedus on 80J/mm ³, mis muudab selle väsimuse vastu 25% tugevamaks.
Ehituse suuna optimeerimine: tehke anisotroopia mõju väsimuse jõudlusele vähem mõju. Näiteks on trükikihiga risti tõmbeproovide väsimus, mis on 40% väiksem kui selle paralleelne proovide oma. Seda saab oluliselt parandada, muutes osade paigutuse nurka.
Tehnoloogia postituse - töötlemiseks:
Kuum isostaatiline pressimine (puusa) vabaneb sisemistest pooridest ja tõstab Ti6AL4V sulami väsimustugevust 450MPa 620MPA -ni.
Pinna töötlemine: sujuvamaks muutmiseks kasutatakse vibratsiooni poleerimist või elektrokeemilist poleerimist. Seejärel kasutatakse löögiperioodi, et lisada survepinge. Näiteks konkreetse lennukimootori tera väsimus on 1,2 korda suurem kui sepistatud esemel pärast võtete peenestamise ja vibratsiooni poleerimise kombinatsiooni.
4. digitaalne kaksik: suletud silmuse ennustamine ja kontrollimine
USA kaitseministeeriumi peamine projekt on kasutanud Multi - sensori sulandumist ja digitaalseid Twin Technologies, et luua suletud - silmusüsteem printimisprotsessi jälgimiseks ja selle pikaealisuse ennustamiseks.
Reaalne - sulatage kogumi temperatuuri, soojuse kogunemise ja defektide arendamise ajaline jälgimine, kasutades optiliste, infrapuna- ja akustiliste andurite kombinatsiooni. Näiteks Addiguru ettevõtte akustiline andur saab metallide sees olevate helilainete minimaalsete muutuste korral ja leida poorid, mille läbimõõt on 20 μm või suurem.
Digitaalse kaksiku modelleerimine: tehke igast osast virtuaalsed koopiad, jälgige puudusi ja testige, kuidas need erineva surve all töötavad. Alphastari Genoa tarkvara kasutab mikrostruktuuri simulatsiooni ja luumurdude mehaanikat, et arvata, kui pikad osad kestavad alla 10 ⁷ tsüklite, veamäär on alla 10%.
Testimine laboris: kasutage väsimuse testimist, et veenduda, et mudel on õige. Auburni ülikool testis 3D -prinditud TI6AL4V proove kümme korda ja leidis, et digitaalse kaksikmudeli eeldatav eluiga vastas tegelikule väärtusele 92%.
5. Tööstuse praktika: varasematest juhtudest õppimine
GE Aviation kasutab SLM -tehnoloogiat, et printida Leap Mootori kütusepihustid kosmosetööstuses. Need pihustid kestavad kaks korda kauem kui traditsioonilised sepistatud osad ja on lennanud rohkem kui 10 miljonit tundi ilma ebaõnnestumata.
Meditsiinivaldkonnas trükkis Johnson & Johnson 3D koobalti kroomisulami puusaliigese tassid, mis läbis 10 tsüklit väsimustestides, mis jäljendasid inimkeskkonda. See on palju parem kui 5 × 10 tsükli tööstusstandard.
Autotööstuses kasutab BMW Group 3D -prinditud alumiiniumsulami veejakke, mis on tänu topoloogia optimeerimisele 40% kergemad. Samuti kasutavad nad T6 termilist ravi, et need kestaks üle 2000 tunni, mis sobib suurepäraselt mootoritele, mis kulgevad väga karmides tingimustes.