Kaip patikrinti metalinių 3D spausdinimo formų aušinimo savybes?

一, Pagrindinės aušinimo našumo tikrinimo dalys
1. Termodinaminių charakteristikų tikrinimas
Šilumos laidumo matavimas yra svarbus būdas išsiaiškinti, kaip gerai medžiagos perneša šilumą. ASTM E1461 lazerinės blykstės metodas gali tiksliai įvertinti pelėsių medžiagų šiluminę difuziją nuo -100 iki 500 laipsnių Celsijaus. Mokslininkų komanda išbandė 3D spausdintą H13 formų plieną ir išsiaiškino, kad jo šilumos laidumas buvo 28,5 W/(m · K), o tai yra 12 % didesnis nei standartinių kalimo procedūrų. Taip yra todėl, kad 3D spausdinimas sukuria unikalią smulkiagrūdę struktūrą.

Pagrindinis šiluminės varžos analizės tikslas – išsiaiškinti, kaip gerai forma perduoda šilumą. Norėdami sudaryti temperatūros gradiento debesų žemėlapius, svarbiuose formos taškuose galite įdėti termoporas ir joms sujungti naudoti infraraudonųjų spindulių terminio vaizdo technologijas. Tam tikros automobilių dalis gaminančios įmonės atliktas bandymas rodo, kad pagaminus 1000 formų iš eilės, jų 3D spausdintos aliuminio lydinio liejimo formos šerdies temperatūra išlieka ± 3 laipsnių ribose. Tai yra 60% mažesnė nei tradicinių formų.

2. Skysčių dinamikos testavimas
Slėgio kritimo charakteristikos patikrinimas yra geras būdas įsitikinti, ar aušinimo vandens kontūro konstrukcija yra pagrįsta. Srauto kalibravimo prietaisas Micronics PT100 gali teisingai nustatyti slėgio nuostolius vandens kelyje, kai srautas yra nuo 0,1 iki 100 l/min. Elektroninės pakavimo formos atvejo tyrimas parodė, kad 3D -spausdintas spiralinis aušinimo vandens kanalas nukrito tik 0,8 kPa, kai srautas buvo 20 l/min., o tai buvo 45 % mažiau nei tradicinis gręžimo vandens kanalas. Tai rodo, kad jo kanalo konstrukcija labiau atitinka skysčių dinamikos principus.

Srauto vienodumo bandymui atlikti naudojamas kelių{0}}kanalių srauto jutiklių tinklas. Tyrėjų komanda sukūrė 12 srauto stebėjimo vietų sudėtingoje 3D{4}}atspausdintoje ertmės formoje. Jie pastebėjo, kad kiekvieno kanalo srauto nuokrypis neviršija ± 2%, kad aušinimo terpė būtų paskirstyta tolygiai. Ši bandymo procedūra labai tinka aviacijos ir kosmoso pramonėje naudojamoms didelio tikslumo formoms{8}. Pavyzdžiui, palydovinė atraminė forma, kuri patobulino vandens kelią, kad sumažintų gaminio deformaciją nuo 0,3 mm iki 0,05 mm.

2, sistema, skirta testavimui įvairiais masteliais
1. Testavimas mikroskopine skale
Metalografinis tyrimas gali parodyti vieną -iš-vieną-3D spausdinimo mikrostruktūrinių savybių. Naudodami Olympus BX53M metalografinį mikroskopą galite matyti smulkius stulpelinius grūdelius, pagamintus naudojant lazerinio miltelių sluoksnio lydymosi (LPBF) procesą. Šie grūdeliai yra daugiau nei 50 % mažesni nei pagaminti naudojant įprastus liejimo būdus. Dėl šios mikrostruktūros medžiaga daug geriau susidoroja su terminiu nuovargiu. Po 10 ^ 6 terminių ciklų tam tikras bandymas parodė, kad 3D spausdintos formos vis dar turi visą grūdėtumo ribinę struktūrą, o tradicinės formos turėjo aiškius įtrūkimus.

Akytumui nustatyti naudojamas Micromeritics AutoPore V gyvsidabrio įsiskverbimo porozimetras. Jis gali teisingai rasti porų vietą formoje. Medicininis implanto formos testas parodė, kad pakeitus spausdinimo nustatymus, poringumas gali būti sumažintas nuo 0, 5% iki 0, 08%, o porų dydis dažniausiai buvo nuo 1 iki 5 μm. Ši stora struktūra sustabdo aušinimo terpės nutekėjimą ir daro formą tvirtesnę.

2. Testavimas dideliu mastu
Šiluminio vaizdo dinaminis stebėjimas yra paprastas būdas pamatyti, kaip tolygiai vėsta formos. FLIR T865 terminio vaizdo kamera gali parodyti, kaip pelėsių paviršiaus temperatūra kinta realiuoju laiku. Jis turi 640 × 480 skiriamąją gebą ir gali matyti temperatūrą nuo -40 laipsnių iki 1500 laipsnių. Bandydami tam tikrą automobilio variklio cilindro galvutės formą, mokslininkai palygino 3D spausdinimo ir tradicinių formų šiluminio vaizdo vaizdus. Jie nustatė, kad 3D spausdinimo formos temperatūros pasiskirstymo standartinis nuokrypis buvo tik 1,2 laipsnio, o tai buvo 75% mažesnis nei tradicinės formos. Tai parodė, kad konformiška aušinimo vandens grandinės konstrukcija padarė didelį šilumos balanso skirtumą.

MTS 370.10 nuovargio testavimo aparatas naudojamas nuovargio eksploatavimo trukmės testui. Modeliuoja, kaip formos veikimas pasikeistų po 1 milijono karšto ir šalto ciklų, kai apkrovos diapazonas yra ± 25 kN. 3D spausdintos formos plienas išlaiko 90 % pradinio kietumo po 500 000 ciklų, o tradicinės formos praranda 30 % kietumo tokiomis pačiomis sąlygomis. Taip yra todėl, kad 3D spausdinimo technologija atsikrato vidinės įtampos koncentracijos.

3, naujausių testavimo metodų naudojimas
1. Skaitmeninių dvynių technologija
Sujungiant Moldflow formų srauto analizės programinę įrangą su mašininio mokymosi metodais, galima sukurti skaitmeninį dvigubą formos aušinimo proceso modelį. Tyrimo grupė sukūrė AI modelį, kuris gali atspėti temperatūros, greičio ir slėgio pasiskirstymą tam tikroje srityje, mokydamasis 36 000 parametrinių pelekų formos duomenų rinkinių. Numatyti modelio rezultatai puikiai sutampa su tikrais bandymų duomenimis, o tikslumas yra 95%. Tai 40 % geriau nei standartiniai empiriniai metodai ir sutrumpina laiką, reikalingą formų gamybai.

2. Mažų jutiklių tinklas
Įdėję į formą mikro temperatūros ir slėgio jutiklių masyvą, galėsite stebėti aušinimo procesą realiu laiku. Tam tikrame tyrime buvo naudojami 24 MEMS jutikliai 3D-atspausdintame mažame šilumokaityje, siekiant sėkmingai išmatuoti vietinius 0,1 laipsnio temperatūros pokyčius, suteikdami tikslius kanalo valdymo duomenis. Ši technika puikiai tinka gaminant didelio-tikslumo formas aviacijos ir kosmoso pramonėje. Pavyzdžiui, raketinio variklio purkštuko forma, kuri per jutiklių tinklą kontroliuoja temperatūros pokyčius šiluminio streso koncentracijos srityje ± 5 laipsnių ribose.

4. Pramonėje taikomi bandymų standartai ir kriterijai
ISO 23499-2017 „Metalų 3D spausdinimo kokybės vertinimo standartas“ paskelbė Tarptautinė standartizacijos organizacija (ISO). Tai nustato aušinimo efektyvumo vertinimo standartą. Šilumos laidumo bandymas turi atitikti ASTM E1461 standartą, slėgio kritimo bandymas turi atitikti ISO 527-2 specifikaciją, o nuovargio bandymas turi atitikti ISO 1217 standartą. Kinijoje tokie standartai kaip GB/T 39251-2020 „Metalo miltelių savybių apibūdinimo metodai priedų gamyboje“ suteikia pramonei visą techninių specifikacijų rinkinį.