Metal 3D baskılı parçaların yorgunluk ömrü nasıl değerlendirilir?

1. Standart testler: Değerlendirme kriterleri ayarlama
Uluslararası standardizasyon organizasyonu (ISO) ve Amerikan Değerlendirme ve Malzeme Derneği (ASTM), metal 3D baskılı öğelerin yorgunluk ömrünü değerlendirmek için temel kuralları belirler. ASTM E466-21 standardı bunlardan biridir. Bilim adamlarının metal alaşımlarının eksenel yorgunluk ömrünü test edebilmeleri için test örneklerinin şeklini, boyutunu, yükleme yöntemini ve veri toplama metodolojisini standartlaştırır. Bu standart diyor ki:
Numuneyi hazırlamak: Boyutların doğru olduğundan emin olmak için standart silindirik çubukları veya kavisli ışın örneklerini yazdırmak için lazer seçici eritme (SLM) veya elektron ışını eritme (EBM) prosedürleri kullanılır. Örneğin, bir havacılık motor firması baskı ayarlarını değiştirdi, böylece Ti6al4v örneklerinin yüzey pürüzlülüğü RA 12 μ m'den RA 3.2 μm'ye geçti. Bu, stres konsantrasyonu şansını büyük ölçüde düşürdü.
Çevre Kontrolü: Çevresel etkilerin yorgunluk davranışını etkilemesini önlemek için, test ortamının sıcaklığına (± 2 derece), nemine (±% 5 RH) ve oksijen konsantrasyonunu yakından takip edin. Örneğin, bir tuz sprey ortamında 316L paslanmaz çelik numuneleri test ederken, korozyon yorgunluğu direnci performansını değerlendirmek için okyanus koşullarını çoğaltmak gerekir.
Verilerin toplanması ve analiz edilmesi: S - n eğrilerini yapmak için istatistiksel yöntemleri kullanma Malzeme koşullarının yorgunluk sınırını bulmak için döngü sürelerini, stres tepkisini ve kırılma süresini gerçek zamanlı olarak izleyebilirsiniz. Bir tıbbi cihaz üreticisi, 3D baskılı kobalt krom alaşımı yapay eklemini 10 kez test etti ve yorgunluk gücünün sahte parçaların% 95'inden fazlası olduğunu buldu.
2. Kusurların karakterizasyonu: başarısızlığa neyin neden olduğunu bulmak
Dahili kusurların metal 3D baskılı öğelerin ne kadar sürebileceği üzerinde büyük bir etkisi vardır. Çalışmalar, esnek olmayan kusurların, gözeneklerin ve çözülmemiş parçacıkların boyutlarının, yeri ve hizalanmasının, yorgunluk çatlaklarının başlangıcında kritik belirleyiciler olduğunu göstermiştir. Örneğin, Ti6al4V alaşımında 50 μm genişliğinde gözenekler yorgunluk ömrünü%60'dan fazla kesebilir. Bu nedenle, kusurları tam olarak tanımlamak için çoklu - ölçek algılama yaklaşımlarını kullanmamız gerekiyor:
Nesneye zarar vermeyen testler: x - ışın bilgisayarlı tomografi (BT), gözeneklilik miktarını ve hataların dağılımını ölçmek için kullanılır. Katmanlar arasındaki bağda sorun bulmak için ultrasonik test de kullanılır. BT taraması yoluyla keşfedilen belirli bir havacılık bileşeni tedarikçisi, tarama yaklaşımının geliştirilmesinin gözenekliliği% 0.8'den% 0.2'ye düşürebileceğini keşfetti.
Metallerin analizi: Mikroyapı değişimini izleyin ve ısıl işlemin tanelerin boyutunu ve fazların bileşimini nasıl etkilediğini görün. Örneğin, sıcak izostatik presleme (kalça), Ti6al4V alaşımının alfa faz tanelerini 5 μm'den daha küçük hale getirebilir, bu da yorgunluk direncini büyük ölçüde artırır.
Kalıntı stresinin ölçülmesi: Yüzeyde artık stres bulmak ve çatlakların yayılma hızını nasıl etkilediğini görmek için lazer küçük delik yöntemini veya x - ışın kırınım yöntemini kullanın. Belirli bir otomobil üreticisi, alüminyum alaşım jantları üç kat daha uzun süren -400MPa -400MPa artık basınç stresi eklemek için atış peening kullandı.
3, Süreç Optimizasyonu: Kaynakta Tehlikelerin Yönetilmesi
Baskı işleminin ayarlarının parçaların mikro yapısı ve kusur özellikleri üzerinde doğrudan bir etkisi vardır. Yorgunluk ömrü, ince - ayar ayarları ile büyük ölçüde arttırılabilir ve - işleme sonrası:
Enerji yoğunluğunun kontrolü: Çok az veya çok fazla enerjinin neden olduğu sıçrayan arızaları en aza indirmek için lazer gücünü, tarama hızını ve katman kalınlığını ayarlamalısınız. Örneğin, bir şirket, SLM baskısı 316L paslanmaz çelik için en iyi enerji yoğunluğunun 80J/mm ³ olduğunu bulmak için DOE deneysel tasarımını kullandı, bu da onu yorgunluğa karşı% 25 daha güçlü hale getirdi.
İnşaat yönü optimizasyonu: Anizotropinin yorgunluk performansı üzerinde daha az etkisi vardır. Örneğin, baskı katmanına dik olan gerilme numunelerinin yorulma ömrü, ona paralel olan örneklerden% 40 daha azdır. Bu, parçaların yerleştirildiği açıyı değiştirerek büyük ölçüde geliştirilebilir.
- işleme sonrası teknoloji:
Sıcak izostatik pres (kalça) iç gözeneklerden kurtulur ve Ti6al4V alaşımının yorulma gücünü 450MPA'dan 620MPa'ya yükseltir.
Yüzeyin tedavisi: Yüzeyi daha pürüzsüz hale getirmek için, titreşim parlatma veya elektrokimyasal parlatma kullanılır. Daha sonra atış peening artık basınç stresi eklemek için kullanılır. Örneğin, belirli bir uçak motoru bıçağının yorgunluk ömrü, atış peening ve titreşim parlatmasının bir kombinasyonunu takiben sahte bir ürünün 1,2 katıdır.
4. Dijital İkiz: Kapalı Döngüyü Tahmin ve Kontrol Etme
ABD Savunma Bakanlığı'nın ana projesi, baskı işlemini izlemek ve uzun ömürlülüğünü tahmin etmek için kapalı bir - döngü sistemi oluşturmak için Multi - sensör füzyonu ve dijital ikiz teknolojileri kullandı.
Optik, kızılötesi ve akustik sensörlerin bir kombinasyonunu kullanarak eriyik havuzu sıcaklığı, ısı birikimi ve kusur gelişiminin gerçek - zaman izlenmesi. Örneğin, addiguru şirketinin akustik sensörü, metallerin içindeki ses dalgalarında küçük değişiklikler alabilir ve 20 μ m veya daha büyük çapı bulabilir.
Dijital bir ikiz modelleme: Her parçanın sanal kopyalarını yapın, kusurları takip edin ve farklı basınçlar altında nasıl çalıştıklarını test edin. Alphastar'ın Cenova yazılımı, parçaların ne kadar süreceğini tahmin etmek için mikroyapı simülasyonu ve kırılma mekaniği kullanır ve hata oranı%10'dan azdır.
Laboratuarda test: Modelin doğru olduğundan emin olmak için yorgunluk testini kullanın. Auburn Üniversitesi, 3D baskılı Ti6al4V örneklerini 10 kez test etti ve dijital ikiz modelin beklenen ömrünün gerçek değeri%92 oranında eşleştirdiğini buldu.
5. Endüstri Uygulaması: Geçmiş vakalardan öğrenme
GE Havacılık, havacılık endüstrisinde sıçrama motoru yakıt nozullarını yazdırmak için SLM teknolojisini kullanıyor. Bu nozullar, geleneksel dövme parçaları kadar iki kat daha uzun sürer ve başarısız olmadan 10 milyon saatten fazla uçar.
Tıp alanında, Johnson & Johnson 3D, bir insan ortamını taklit eden yorgunluk testinde 10 döngüden geçen kobalt krom alloy kalça eklem bardağı bastı. Bu, 5 × 10 döngü endüstri standardından çok daha iyidir.
Otomobil endüstrisinde, BMW Group, topoloji optimizasyonu sayesinde% 40 daha hafif olan 3D baskılı alüminyum alaşımlı su ceketleri kullanır. Ayrıca, çok sert koşullarda çalışan motorlar için mükemmel olan 2000 saatten fazla sürmesi için T6 termal işlemini kullanırlar.