Як оцінити термін втоми металевих 3D -друкованих деталей?

1. Стандартизоване тестування: Налаштування орієнтирів для оцінки
Міжнародна організація стандартизації (ISO) та Американське товариство з оцінки та матеріалів (ASTM) встановили основні правила оцінки терміну втоми металевих 3D -друкованих предметів. Стандарт ASTM E466-21 є одним із них. Він стандартизує форму, розмір, метод завантаження та методологію збору даних тестових зразків, щоб вчені могли перевірити життя осьової втоми металевих сплавів. Цей стандарт говорить:
Підготуйте зразок: Лазерне селективне плавлення (SLM) або процедури плавлення електронного променя (EBM) використовуються для друку стандартних циліндричних стрижнів або вигнутих зразків променя, щоб переконатися, що розміри правильні. Наприклад, одна фірма з авіаційними двигунами змінила налаштування друку, щоб шорсткість поверхні Ti6Al4V перевищила від 12 мкм до 3,2 мкм. Це значно знизило шанс концентрації стресу.
Контроль навколишнього середовища: Щоб впливати на поведінку втоми, уважно стежте за температурою тестування (± 2 градусів), вологості (± 5% RH) та концентрацією кисню. Наприклад, під час випробування 316L зразків нержавіючої сталі в умовах соляного розпилення потрібно повторювати умови океану для оцінки продуктивності стійкості до корозійної втоми.
Збір та аналіз даних: Використання статистичних методів для виготовлення S - N кривих, щоб знайти обмеження втоми матеріальних умов, ви можете стежити за часом циклу, реакцією на стрес та часом руйнування в режимі реального часу. Виробник медичних пристроїв перевірив свій 3D -друкований кобальтовий хромовий сплав штучний суглоб 10 разів і виявив, що його втома становить понад 95% від кованих деталей.
2. Характеристика дефектів: з’ясування того, що спричинило невдачу
Внутрішні недоліки мають великий вплив на те, як довгі металеві 3D -друковані предмети можуть тривати. Дослідження продемонстрували, що розміри, розташування та вирівнювання невдоволених недоліків, пори та непокірених частинок є критичними детермінантами у виникненні тріщин втоми. Наприклад, пори сплаву Ti6Al4V, які мають ширину понад 50 мкм, можуть скоротити термін втоми більш ніж на 60%. Отже, нам потрібно використовувати підходи для виявлення шкали Multi -, щоб повністю описати дефекти:
Тестування, яке не пошкоджує об’єкт: x - Комп'ютерна томографія променевих променів (КТ) використовується для вимірювання кількості пористості та розподілу несправностей. Ультразвукове тестування також використовується для пошуку проблем у зв'язку між шарами. Конкретний постачальник компонентів авіації, виявлений за допомогою КТ, що вдосконалення підходу до сканування може зменшити пористість від 0,8% до 0,2%.
Аналіз металів: Слідкуйте за зміною мікроструктури та подивіться, як термічна обробка впливає на розмір зерна та склад фаз. Наприклад, гаряче ізостатичне пресування (HIP) може зробити альфа -фазу зерна сплаву Ti6Al4V менше 5 мкм, що значно підвищує резистентність до втоми.
Вимірювання залишкового напруження: використовуйте метод лазерного малого отвору або метод x - променеву дифракцію, щоб знайти залишкове напруження на поверхні та побачити, як це впливає на швидкість, з якою розповсюджуються тріщини. Певний виробник автомобілів використовував постріл, щоб додати -400mpa залишкового стискаючого напруги, що зробило колеса з алюмінієвого сплаву тричі довше.
3, Оптимізація процесів: Управління небезпеками у джерелі
Налаштування процесу друку безпосередньо впливає на мікроструктуру та характеристики дефектів частин. Життя втоми можна значно посилити за допомогою тонких налаштувань налаштування- та розміщення - обробка:
Контроль щільності енергії: Щоб мінімізувати бризки несправностей, спричинені занадто малою або занадто великою енергією, слід відрегулювати лазерну потужність, швидкість сканування та товщину шару. Наприклад, компанія використовувала експериментальну конструкцію DOE, щоб виявити, що найкраща щільність енергії для друку SLM 316L нержавіючої сталі становить 80 джм/мм ³, що робить його на 25% сильнішим проти втоми.
Оптимізація напрямку будівництва: змусити анізотропію менше впливати на втоми. Наприклад, термін втоми екземплярів розтягування, перпендикулярно до друкарського шару, на 40% менше, ніж у зразків, які паралельні йому. Це можна значно вдосконалити, змінивши кут, з яким розміщуються деталі.
Технологія POST - Обробка:
Гаряче ізостатичне пресування (стегно) позбавляється внутрішніх пори і підвищує втому сили сплаву Ti6Al4V від 450 МПа до 620 МПа.
Обробка поверхні: Для того, щоб зробити поверхню більш гладкою, використовується вібраційне полірування або електрохімічне полірування. Потім постріл використовується для додавання залишкового стискаючого стресу. Наприклад, термін втоми конкретного леза двигуна літака в 1,2 рази більше, ніж у кованого предмета після комбінації пострілу та вібраційного полірування.
4. Цифровий близнюк: Прогнозування та перевірка закритого циклу
Проект Prime Minde of Defense США використовував мульти - датчики та цифрові технології Twin Technologies для створення закритої системи циклу - для моніторингу процесу друку та прогнозування його довговічності.
Реальний - Моніторинг часу температури басейну розплаву, накопичення тепла та розвитку дефектів за допомогою комбінації оптичних, інфрачервоних та акустичних датчиків. Наприклад, акустичний датчик компанії Addiguru, наприклад, може підібрати хвилинні зміни звукових хвиль всередині металів і знаходити пори, що мають діаметр 20 мкм або більше.
Моделювання цифрового близнюка: Зробіть віртуальні копії кожної частини, слідкуйте за дефектами та перевіряйте, як вони працюють під різним тиском. Програмне забезпечення GenoA Alphastar використовує моделювання мікроструктури та механіку руйнування, щоб здогадатися, як довго деталі триватимуть менше 10 ⁷ циклів, зі швидкістю помилок менше 10%.
Тестування в лабораторії: Використовуйте тестування втоми, щоб переконатися, що модель правильна. Університет Оберн перевірив 3D -надруковані зразки TI6AL4V 10 разів і виявив, що очікувана тривалість життя цифрової моделі близнюків відповідала фактичному значення на 92%.
5. Практика галузі: навчання з минулих випадків
GE Aviation використовує технологію SLM для друку форсунок для палива двигуна Leap в аерокосмічній промисловості. Ці форсунки останні вдвічі довші, ніж традиційні ковані деталі, і пролетіли більше 10 мільйонів годин, не піддавшись.
У медичній галузі, Johnson & Johnson 3D надруковані чашки кобальтового хромового сплаву хромового сплаву, які пройшли 10 циклів тестування втоми, що імітували людське середовище. Це набагато краще, ніж галузевий стандарт 5 × 10 циклів.
У автомобільній промисловості BMW Group використовує 3D -друковані алюмінієві колонки з алюмінієвого сплаву, які на 40% легші завдяки оптимізації топології. Вони також використовують термічну обробку T6, щоб змусити їх тривати понад 2000 годин, що ідеально підходить для двигунів, які працюють у дуже суворих умовах.