Metal 3D baskı kalıplarının soğutma performansı nasıl test edilir?

一, Soğutma performansını test etmenin ana kısımları
1. Termodinamik performansın test edilmesi
Isıl iletkenliğin ölçülmesi, malzemelerin ısıyı ne kadar iyi aktardığını bulmanın önemli bir yoludur. ASTM E1461 lazer flaş yöntemi, kalıp malzemelerinin -100 ila 500 santigrat derece arasındaki termal yayılımını doğru bir şekilde değerlendirebilir. Bir araştırma ekibi 3D baskılı H13 kalıp çeliğini test etti ve ısı iletkenliğinin standart dövme prosedürlerinden %12 daha yüksek olan 28,5W/(m · K) olduğunu keşfetti. Bunun nedeni, 3D baskının benzersiz bir ince taneli yapı oluşturmasıdır.

Isıl direnç analizinin temel amacı kalıbın ısıyı ne kadar iyi aktardığını bulmaktır. Sıcaklık gradyanlı bulut haritaları oluşturmak için kalıbın önemli noktalarına termokupllar yerleştirebilir ve bunları birleştirmek için kızılötesi termal görüntüleme teknolojilerini kullanabilirsiniz. Araba parçaları üreten belirli bir şirket tarafından yapılan bir test, 3D baskılı alüminyum alaşımlı basınçlı döküm kalıp göbeğinin sıcaklığının, art arda 1000 kalıp yapıldıktan sonra ± 3 derece içinde kaldığını gösteriyor. Bu, geleneksel kalıplara göre %60 daha düşüktür.

2. Akışkanlar dinamiğinin test edilmesi
Basınç düşüşü karakteristiğini test etmek, soğutma suyu devresi tasarımının makul olup olmadığını görmenin iyi bir yoludur. Micronics PT100 akış kalibrasyon cihazı, akış hızı 0,1 ila 100 L/dk arasında olduğunda su yolundaki basınç kaybını doğru bir şekilde tespit edebilir. Elektronik paketleme kalıbına ilişkin bir örnek olay çalışması, 3D-baskılı spiral soğutma suyu kanalının 20 L/dakika akış hızında yalnızca 0,8 kPa düştüğünü gösterdi; bu, geleneksel sondaj suyu kanalından %45 daha azdı. Bu, kanal tasarımının akışkanlar dinamiği ilkelerine daha uygun olduğunu göstermektedir.

Akış tekdüzelik testini yapmak için çok-kanallı bir akış sensörü ağı kullanılır. Bir araştırma ekibi, karmaşık bir 3D-baskılı boşluk kalıbına 12 akış izleme alanı kurdu. Soğutma ortamının eşit şekilde yayılmasını sağlamak için her kanalın akış sapmasının ±%2 dahilinde tutulduğunu gözlemlediler. Bu test prosedürü, havacılık ve uzay endüstrisinde kullanılan yüksek-hassas kalıplar için çok iyidir. Örneğin, ürün deformasyonunu 0,3 mm'den 0,05 mm'ye indirecek şekilde su yolu desenini iyileştiren bir uydu destek kalıbı.

2, Farklı ölçeklerde test yapmak için bir sistem
1. Mikroskobik ölçekte test etme
Metalografik çalışma, 3D yazdırmanın-benzersiz-bir-mikroyapısal özelliklerini gösterebilir. Olympus BX53M metalografik mikroskobuyla, lazer toz yatağı eritme (LPBF) işlemi kullanılarak oluşturulan ince sütunlu taneleri görebilirsiniz. Bu taneler, tipik döküm yöntemleriyle yapılanlardan %50'den daha küçüktür. Bu mikro yapı, malzemenin termal yorgunlukla başa çıkmada çok daha iyi olmasını sağlar. 10 ^ 6 termal döngüden sonra, belirli bir test, 3D baskılı kalıpların hala tam bir tane sınırı yapısına sahip olduğunu, geleneksel kalıpların ise net çatlaklara sahip olduğunu gösterdi.

Gözenekliliği bulmak için Micromeritics AutoPore V cıva sızma porozimetresi kullanılır. Kalıptaki gözeneklerin nerede olduğunu doğru bir şekilde bulabilir. Tıbbi implant kalıp testi, yazdırma ayarlarının değiştirilmesiyle gözenekliliğin %0,5'ten %0,08'e düşürülebileceğini ve gözenek boyutunun çoğunlukla 1 ila 5 μm arasında olduğunu gösterdi. Bu kalın yapı, soğutma ortamının sızmasını önler ve kalıbın daha güçlü olmasını sağlar.

2. Büyük ölçekte test yapmak
Termal görüntüleme dinamik izleme, kalıpların ne kadar eşit şekilde soğuduğunu görmenin kolay bir yoludur. FLIR T865 termal görüntüleme kamerası, kalıp yüzeyindeki sıcaklığın gerçek zamanlı olarak nasıl değiştiğini size gösterebilir. 640×480 çözünürlüğe sahip olup -40 dereceden 1500 dereceye kadar sıcaklıkları görebilmektedir. Araştırmacılar, belirli bir otomobil motoru silindir kafası kalıbını test ederken, 3D baskının termal görüntüleme görüntülerini ve geleneksel kalıpları karşılaştırdılar. 3D baskı kalıbının sıcaklık dağılımı standart sapmasının yalnızca 1,2 derece olduğunu ve bunun geleneksel kalıptan %75 daha düşük olduğunu buldular. Bu, uyumlu soğutma suyu devresi tasarımının termal dengede büyük bir fark yarattığını gösterdi.

Yorulma ömrü testi için MTS 370.10 yorulma test cihazı kullanılmaktadır. ± 25kN. 3D yük aralığıyla 1 milyon sıcak ve soğuk döngüden sonra kalıbın performansının nasıl değişeceğini simüle eder. Baskılı kalıp çeliği, 500.000 döngüden sonra orijinal sertliğinin %90'ını korurken, geleneksel kalıplar aynı koşullar altında sertliğinin %30'unu kaybeder. Bunun nedeni, 3D baskı teknolojisinin iç stres konsantrasyonunu ortadan kaldırmasıdır.

3, En son test tekniklerinin kullanılması
1. Dijital ikizlerin teknolojisi
Moldflow kalıp akışı analiz yazılımının makine öğrenimi yöntemleriyle birleştirilmesiyle kalıp soğutma işleminin dijital ikiz modeli oluşturulabilir. Bir çalışma grubu, 36.000 set parametreli kanatçık formu verisi üzerinde eğitim alarak belirli bir alandaki sıcaklık, hız ve basınç dağılımlarını tahmin edebilen bir yapay zeka modeli oluşturdu. Modelin öngörülen sonuçları, %95'lik bir doğruluk oranıyla gerçek test verileriyle iyi bir şekilde eşleşiyor. Bu, standart ampirik yöntemlere göre %40 daha iyidir ve kalıp yapımı için gereken süreyi kısaltır.

2. Minik sensörlerden oluşan bir ağ
Kalıbın içine bir mikro sıcaklık ve basınç sensörü dizisi koymak, soğutma sürecini gerçek zamanlı olarak takip etmenize olanak sağlayabilir. Belirli bir çalışmada, 0,1 derecelik yerel sıcaklık değişikliklerini başarılı bir şekilde ölçmek için 3D-baskılı küçük bir ısı eşanjöründe 24 MEMS sensörü kullanıldı ve kanal yönetimi için hassas veri desteği sağlandı. Bu teknik, havacılık ve uzay endüstrisinde yüksek-hassas kalıplar yapmak için mükemmeldir. Örneğin, bir sensör ağı aracılığıyla ısı stresi konsantrasyon alanındaki sıcaklık değişimlerini ± 5 derece dahilinde kontrol eden bir roket motoru nozul kalıbı.

4. Sektördeki testlere yönelik standartlar ve kriterler
ISO 23499-2017, "Metal 3D Baskı için Kalite Değerlendirme Standardı", Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) tarafından yayımlandı. Soğutma performansını değerlendirme standardını belirler. Isıl iletkenlik testi ASTM E1461 standardına uygun olmalı, basınç düşüşü testi ISO 527-2 spesifikasyonuna uygun olmalı ve yorulma ömrü testi ISO 1217 standardına uygun olmalıdır. Çin'de GB/T 39251-2020 "Katmanlı İmalatta Metal Tozu Özellikleri için Karakterizasyon Yöntemleri" gibi standartlar, sektöre tam bir teknik özellikler seti sağlar.