Metal 3D baskı kalıplarının gücü nasıl test edilir?

一, Mukavemet testi için ana yöntem
Metal 3D baskı kalıplarının mukavemet testi üç boyutu kapsamalıdır: malzeme özellikleri, mikro yapı ve kusur kontrolü, çok-seviyeli ve çok-boyutlu bir test döngüsü oluşturur.
1. Mekanik performansın test edilmesi: Kantitatif güç endeksi
Çekme testi: Kalıp malzemesine eksenel çekme yükü uygulamak için evrensel bir test ekipmanı kullanın. Bu size onun çekme mukavemetini (UTS), akma mukavemetini (YS) ve kopma uzamasını (EL) söyleyecektir. Örneğin titanyum alaşımlı kalıpların ASTM E8 standardını karşılaması ve UTS'sinin 800 ile 1000 MPa arasında, YS'sinin ise en az 700 MPa olması gerekir.
Sıkıştırma testi: Kalıbın sıkıştırıldığında ne kadar stabil olduğunu kontrol edin. Bu test özellikle kalın duvarlı yapıların veya bileşenlerin desteklenmesi için kullanışlıdır. Örneğin, alüminyum alaşımlı kalıpların yüksek basınç altında şekillendirildiğinde bükülmediğinden emin olmak amacıyla basınç dayanımını kontrol etmek için GB/T 7314 standardının kullanılması gerekir.
Üç-veya dört-noktalı bükme testi, kalıbın bükülürken ne kadar sert olduğunu ve katmanlar arasındaki bağın ne kadar güçlü olduğunu görmek için gerçekleştirilir. Paslanmaz çelik kalıpların bükülme mukavemetinin ISO 14125'e göre test edilmesi, katmanlar arası soyulmanın arızaya neden olmasını önlemenin bir yoludur.
Darbe testi: Dinamik yükleri taklit etmek ve kalıbın ne kadar dirençli olduğunu öğrenmek için bir sarkaç darbe test makinesi kullanın (örneğin, Charpy V-çentik darbe enerjisi). Örneğin, havacılık motoru bıçaklarına yönelik kalıbın, zorlu durumlarda kullanıldığında kolayca kırılmamasını sağlamak için ASTM E23 standardına uygun olması gerekir.
Yorulma testi: Döngü yüklerini simüle etmek ve kalıbın yorulmadan ne kadar dayanacağını hesaplamak için yüksek-frekanslı bir yorulma test makinesi kullanın. Örneğin otomotiv kalıpları, ISO 12107 standardını karşılamalı ve uzun-yüksek-basınçlı damgalamanın yarattığı gerilimin üstesinden gelebilmek için en az 300 MPa yorulma sınırına sahip olmalıdır.
2. Mikroyapı analizi: gücü neyin mümkün kıldığını bulmak
Kalıbın tane boyutuna, faz bileşimine ve ara katman arayüzüne bakmak için metalografik mikroskop (OM) kullanın. Örneğin, SLM (Seçici Lazer Eritme) ile yapılan kalıplar genellikle mikroskobik eş eksenli tanelere sahiptir, bu da onları standart dökümlere göre %30'dan fazla daha güçlü kılar.
Taramalı elektron mikroskobu (SEM): Çatlakların nasıl başlayıp yayıldığına bakın ve füzyon eksikliği ve gözeneklilik gibi kusurları arayın. Örneğin, SEM'in, çok gözenekli (%0,5'ten az veya eşit) olmadığından emin olmak ve stres yoğunlaşmasını önlemek için EBM (elektron ışını eritme) kalıplarını kontrol etmesi gerekir.
Elektron geri saçılımı kırınımı (EBSD): Kristal yönelimindeki farkı (KAM değeri) ölçün ve malzemenin yerel olarak ne kadar iyi deforme olabileceğini test edin. Örneğin, yüksek KAM değerlerine sahip yerlerde çatlak oluşması muhtemeldir ve tanelerin yönelimini iyileştirmek için ısıl işleme ihtiyaç vardır.
3. Kusurları bulun: Gizli güç risklerinden kurtulun
Endüstri için CT taraması: Kalıplardaki gözenekler, çatlaklar ve kalıbın tam olarak kaynaşmadığı noktalar gibi onlara zarar vermeyen iç kusurların test edilmesi. Örneğin havacılık kalıplarının, kusurların 0,1 mm'den büyük olmadığından ve yorulma çatlaklarının yayılmadığından emin olmak için ISO 17637 standardını karşılaması gerekir.
Ultrasonik test (UT), derindeki hataları bulur ve kalın duvarlı kalıplarda en iyi sonucu verir. Örneğin, araba paneli kalıplarının en az 50 mm derinliğindeki iç kusurları bulabilmesi için ASTM E233 standardına uygun olması gerekir.
X-ışını floresans spektroskopisi (XRF): Element içeriğinin olması gerektiği gibi olduğundan emin olmak için kalıbın kimyasal yapısını hızla kontrol edin. Örneğin nikel-bazlı alaşım kalıplarının, Cr ve Mo gibi kritik bileşenlerin aralıklarını %0,5'in altında tutmak için ISO 3497 standardını karşılaması gerekir.
2, Hem uluslararası hem de yurtiçi kullanım için test standartları sistemi
Verilerin karşılaştırılabildiğinden ve kurallara uyulduğundan emin olmak için metal 3D baskı kalıplarının, katı uluslararası ve yerel standartlara göre dayanıklılık açısından test edilmesi gerekir.
1. Dünyanın her yerindeki standartlar
ISO/ASTM 52900: 3D baskı terminolojisine yönelik tanımlar ve sınıflandırmalar oluşturarak dayanıklılık testi için temel bir temel sunar.
ISO 23499: 3D baskılı metal öğelerin boyutsal doğruluğu ve yüzey kalitesine ilişkin standartları belirler. Bunun mukavemet testi üzerinde dolaylı bir etkisi vardır.
ASTM E8/E23/E466: Bunlar kalıp mukavemeti testi için ana standartlardır. Çekme, darbe ve yorulma testlerinin nasıl yapılacağını anlatıyorlar.
2. Ev standartları
GB/T 39251: 3D baskılı metal malzemelerin çekme, basma, bükme ve diğer mekanik özelliklerine yönelik numunelerin hazırlanmasına ve kullanılmasına ilişkin kuralları netleştirin.
GB/T 39651: kusurların nasıl sınıflandırılacağı ve kabul kriterlerinin nasıl belirleneceği de dahil olmak üzere, metal katkılı üretim parçalarının incelenmesi ve değerlendirilmesine yönelik adımları ortaya koyar.
QB/T 5696: Bu standart, metal 3D baskı malzemelerinin kalitesinden bahseder ve kalıbın mukavemetini dolaylı olarak etkileyen toz parçacıklarının boyutu ve akışkanlığı gibi hususlara ilişkin özel gereksinimleri belirler.
3, Önemli teknik sorunlar ve bunların nasıl düzeltileceği
Metal 3D baskı kalıplarını daha güçlü hale getirmek için anizotropi, artık gerilim ve yüzey kalitesi gibi sorunlarla başa çıkmanın yollarını bulmamız gerekiyor. Bu, yeni teknoloji ve daha iyi süreçlerle yapılabilir.
1. Anizotropinin kontrol edilmesi
3D baskılı kalıpların mukavemeti, baskı yönüne (boyuna, enine, eğik) bağlı olarak değişir. Örneğin, SLM ile üretilen kalıpların boyuna mukavemeti enine mukavemetten %20 daha yüksek olabilir.
Çözüm: Tarama şeklinizi iyileştirin: Katmanlar arasındaki termal gerilimdeki değişiklikleri daha az fark edilir hale getirmek için dama tahtası veya spiral tarama yolu kullanın.
İşlem sonrası güçlendirme: Sıcak izostatik presleme (HIP) gözenekleri gidererek kalıbın yoğunluğunu %99,9'un üzerine çıkarır.
Çok-yönlü test: Minimum gücün tasarım standartlarına uygun olduğundan emin olmak için numuneler üç farklı yönde-boyuna, enine ve eğik- alınır.
2. Artık gerilimi yönetmek Sorun: 3D baskı çok hızlı soğuduğunda, kalıbın bükülmesine veya parçalanmasına neden olabilecek artık gerilim oluşabilir.
Çözüm: Gerilim giderme tavlaması: İç gerilimin gitmesi için 2 ila 4 saat boyunca 500-600 derecede tutun.
Lazer şoklu çekiçleme, yüzeyin şeklini değiştirmek, kalan basınç gerilimini eklemek ve malzemenin daha uzun süre dayanmasını sağlamak için yüksek-enerjili lazer ışınlarını kullanır.
Çevrimiçi izleme: Stres dağılımını gerçek zamanlı olarak izlemek ve yazdırma ayarlarını gerektiği gibi değiştirmek için{0}yerleşik fiber optik sensörlerin kullanılması.
3. Daha iyi yüzey kalitesi Sorun: 3D baskılı kalıpların yüzey pürüzlülüğü (Ra) genellikle 10–20 μm'dir, bu da onların parçalanmasını kolaylaştırır.
Cevap:
Mekanik parlatma: Bir CNC parlatma makinesi Ra'yı 0,8 μm'nin altına düşürebilir, bu da yüzeyi daha güçlü hale getirir.
Kimyasal cilalama: Küçük yüzey kusurlarından kurtulmak ve yüzeyi korozyona karşı daha dayanıklı hale getirmek için asit yıkama veya elektrolitik cilalamanın kullanılması.
Bilyalı dövme: Bu işlem, yüzeye yüksek-hızlı mermilerle vurarak yüzeye bir artık basınç gerilimi katmanı ekler. Bu, yorgunluğa karşı daha dayanıklı olmasını sağlar.
4, Örnek Olay İncelemesi ve Endüstri Uygulaması
Durum 1: Bir uçak motorunun bıçağı için kalıp
Nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımı (Inconel 718) malzemedir.
Testin odak noktası:
Yüksek sıcaklık dayanımı: GB/T 4338 standardı, çekme dayanımının en az 800 MPa olduğundan emin olmak için 650 derecede test edilmesi gerektiğini söylüyor.
Termal yorulma performansı: Motor çalıştırma-durdurma döngüleri sırasında kırılma yayılma hızını test etmek için ISO 12111'i kullanın.
Mikroyapı: Fazın dağılımına bakmak için EBSD'yi kullanın ve güçlendirme fazının boyutunun 50 nm'den küçük veya ona eşit olduğundan emin olun. Bu, malzemeyi yüksek sıcaklıklarda daha kararlı hale getirecektir.
Kalıp, standart dökümlere göre üç kat daha uzun süre dayanıyor; bu, uçak motorlarının 100.000 saat çalışması için gerekli olan süre.
Durum 2: Bir otomotiv kapağı için kalıp
Malzeme: Yüksek mukavemetli çelik (H13)
Ne test edilmeli:
Aşınma direnci: ASTM G65 standardı, aşınma miktarını test ederek aşınma miktarının 0,1 g/1000 dönüşe eşit veya daha az olduğundan emin olur.
Darbe dayanımı: ISO 148 standardına göre Charpy darbe enerjisi en az 30 J olmalıdır.
Boyutsal doğruluk: Kalıp yüzeyi hatalığının 0,05 mm'den az veya ona eşit olduğundan emin olmak için CMM testini kullanın.
Kalıp, diğer kalıplara göre %50 daha uzun olan 500.000 damgalama döngüsü kadar dayanır.