Kaip atlikti kokybės patikrinimą po metalo 3D spausdinimo?

一, Neardomojo bandymo technologija
Pagrindinis būdas patikrinti metalo 3D spausdinimo kokybę yra neardomasis bandymas (NDT), kurio metu galima rasti vidinių trūkumų nepažeidžiant elementų struktūros. Remiantis skirtingais aptikimo principais, labiausiai paplitusias technologijas galima suskirstyti į keturias grupes:
1. Mikro KT, arba pramoninė kompiuterinė tomografija
Mikro CT naudoja rentgeno spindulius, kad praeitų per dalis ir gautų duomenis iš kelių kampų. Kompiuteriu atkūrus, sukuriami trimačiai tomografiniai vaizdai, kuriuose mikrometrų raiška gali rasti defektų. Mikro CT sistema su 450 kV rentgeno spindulių šaltiniu gali rasti 0,02 mm skersmens poras aliuminio lydinio cilindro galvutėje ir išmatuoti tokius dalykus kaip akytumas ir įtrūkimo ilgis. Pagrindiniai jo pranašumai yra šie:
Viso matmenų patikrinimas: vienu metu galima rasti tiek vidinių trūkumų (pvz., įtrūkimų ir porų), tiek išorinių geometrinių nukrypimų (pvz., sienelės storio ir deformacijos).
Didelio tikslumo kiekybinis nustatymas: 3D rekonstrukcijos technologija gali teisingai įvertinti trūkumų dydį, vietą ir pasiskirstymo tankį.
Veikimas be-kontakto: daugiau nepažeiskite tikslių dalių.
2. Radiografinis tyrimas (RT)
Pagal GB/T 35351 standartą „Neardomasis metalinių medžiagų bandymas - Rentgeno tyrimas“, atliekant rentgenografinius tyrimus nustatomi vidiniai trūkumai, atsižvelgiant į pokyčius, kaip rentgeno ar gama spinduliai praeina per dalis. Pavyzdžiui, tikrinant titano lydinio aviacijos peiliukus, atliekant radiografinius bandymus galima rasti tarpsluoksnių ne-susiliejimo problemų ir išmatuoti aptikimo jautrumą naudojant vaizdo kokybės indikatorius (IQI). Jis turi tam tikrų problemų, tokių kaip:
Prasiskverbimo galimybės apribojimas: didelio-tankio medžiagoms, pvz., volframo lydiniams, reikia didelės-energijos spinduliuotės šaltinių;
Dviejų{0}}dimensijų vaizdo apribojimai: persidengiančios projekcijos gali paslėpti sudėtingų konstrukcinių dalių problemas.
3. Bandymas naudojant garso bangas (UT)
Atliekant ultragarsinius bandymus, naudojamas aukšto{0}}dažnio garso bangų atsimušimas ir sklidimas per dalis, kad būtų aptikti arti-paviršiaus trūkumai, pvz., įtrūkimai ir intarpai. Pavyzdžiui, naudojant fazinio matricos ultragarso technologiją (PAUT) galima greitai rasti ir nufotografuoti 316 l nerūdijančio plieno formų trūkumus, naudojant kelių elementų zondus. Kai kurie jo bruožai yra šie:
Labai jautrus: gali rasti net kelių mikronų įtrūkimų;
Priklausomybė nuo krypties: zondo kampas turi būti nustatytas tiksliai pagal detalės geometriją.
4. Testavimas lazeriu ultragarsu (LUT)
LUT naudoja lazerio impulsus, kad įtempių bangos judėtų dalių paviršiumi, ir randa trūkumus, žiūrėdamas, kaip garso bangos juda per jas. Nanyang technologijos universiteto komanda sukūrė lazerinę ultragarsinę sistemą, kuri per 15 minučių gali rasti įtrūkimus titano lydinio dalyse, o skiriamoji geba yra 0,1 mm. Šis metodas yra geras ieškant sudėtingų išlenktų dalių internete.
2, Paviršiaus kokybės tikrinimas nuo mikrostruktūros iki makroskopinės formos
Metalinių 3D spausdintų gaminių paviršiaus kokybė turi tiesioginės įtakos jų tarnavimo laikui ir atsparumui korozijai. Paviršiaus apžiūros metu reikia patikrinti šiuos matmenis:
1. Paviršiaus šiurkštumo matavimas
Norėdami rasti dalies paviršiaus profilio aritmetinį vidurkį nuokrypį (Ra), naudokite paviršiaus šiurkštumo matuoklį, pvz., MarSurf seriją. Pavyzdžiui, Ti6Al4V titano lydinio dalių, pagamintų SLM metodu, paviršiaus Ra vertė paprastai yra nuo 6 iki 10 μm. Kad būtų laikomasi aviacijos standartų, ši vertė turi būti sumažinta iki mažesnės nei 0,8 μm naudojant elektrolitinį poliravimą.
2. Mikrostruktūros analizė
Naudokite skenuojančią elektroninę mikroskopiją (SEM), kad pamatytumėte dalių grūdelių struktūrą, fazių sudėtį ir defektų morfologiją. Karštas izostatinis presavimas (HIP) gali pakeisti aliuminio lydinio objektų formą, o SEM nuotraukos gali tai parodyti.
3. Cheminės sudėties testavimas
Norėdami sužinoti, kokių cheminių medžiagų yra gabaluose, naudokite rentgeno fluorescencinį spektrometrą (XRF) arba induktyviai susietą plazmos masės spektrometrą (ICP-MS). Pavyzdžiui, patikrinti Cr, Co, W ir kitų elementų turinio nuokrypį iš nikelio -pagrįstų aukštos temperatūros lydinių, kurie buvo spausdinti 3D būdu, kad atitiktų ASTM F3001 standartą.
3, mechaninio veikimo tikrinimas: patikrinkite, kiek svorio dalys gali išlaikyti
Svarbu patikrinti metalinių 3D spausdintų objektų mechanines savybes, kad įsitikintumėte, jog jie atitinka:
1. Tempimo stiprumo bandymas
GB/T 228.1 standartas nurodo, kad norint patikrinti dalių tempimo stiprumą (Rm), takumo ribą (Rp0,2) ir pailgėjimą (A), reikia naudoti universalią bandymo mašiną. Pavyzdžiui, 17-4PH nerūdijančio plieno dalių, pagamintų naudojant SLM metodą, Rm turi būti 1000 MPa arba didesnis.
2. Nuovargio testas
Naudokite sukamąją lenkimo nuovargio bandymo mašiną, pvz., R-R bandymo mašiną, kad sužinotumėte, kiek laiko tarnauja dalys, kai jas patiria ciklinis įtempimas. Pavyzdžiui, aviaciniams tvirtinimo elementams reikia atlikti 10 apkrovos bandymo ciklų, o įtrūkimų plitimo greitis turi būti mažesnis nei 1 × 10⁻⁶ mm per ciklą.
3. Kietumo tikrinimas
Norėdami sužinoti, koks kietas yra daiktų paviršius, galite naudoti Vickers kietumo matuoklį (HV) arba Rockwell kietumo matuoklį (HRC). Pavyzdžiui, turbinos mentėms reikia dalių, pagamintų iš „Inconel 718“, kurių HV vertė yra 450–500, kai spausdinama naudojant DMLS technologiją.
4, Pramonės praktika: standartizacijos ir žvalgybos tendencijos
1. Nacionalinės standartų sistemos sukūrimas
Trys nacionaliniai 3D spausdinimo standartai (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 ir GB/T 45667-2025), kurie įsigaliojo 2025 m. rugsėjį, suteikia pramonei vienintelį būdą įvertinti kokybę. Pavyzdžiui, GB/T 45675 nurodo, kaip įvertinti SLM dalių paviršiaus šiurkštumą, ir reikalaujama, kad Ra vertės aptikimo pakartojamumo paklaida būtų mažesnė arba lygi 5%.
2. Išmaniųjų aptikimo technologijų naudojimas
Naudojant mašininį mokymąsi ir dirbtinį intelektą, aptikimas tampa veiksmingesnis. Pavyzdžiui, Nanyang technologijos universitetas sukūrė optiniu vaizdavimu{1}}pagrįstą kristalų orientacijos analizės sistemą, kuri gali užbaigti titano lydinio dalių mikrostruktūros įvertinimą vos per 15 minučių ir kainuoja tik 1/10 SEM metodo.
3. Kokybės kontrolė visam procesui
Pirmaujančios įmonės sukūrė uždaro{0} ciklo sistemą, skirtą „dizaino spausdinimo testavimo atsiliepimams“. Pavyzdžiui, „GE Aviation“ prie savo SLM įrangos pridėjo in-in situ stebėjimo sistemą. Tai leidžia jiems keisti lazerio intensyvumą ir skenavimo greitį realiu laiku, todėl komponentų gedimų dažnis sumažėjo nuo 8% iki mažiau nei 0,5%.