วิธีการประเมินอายุการใช้งานที่ล้าของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติโลหะ?

1. การทดสอบมาตรฐาน: การตั้งค่ามาตรฐานสำหรับการประเมินผล
องค์การระหว่างประเทศเพื่อมาตรฐาน (ISO) และสมาคมอเมริกันเพื่อการประเมินและวัสดุ (ASTM) กำหนดกฎพื้นฐานสำหรับการประเมินอายุการใช้งานที่ล้าของรายการโลหะ 3 มิติที่พิมพ์ออกมา มาตรฐาน ASTM E466-21 เป็นหนึ่งในนั้น มันสร้างมาตรฐานรูปร่างขนาดวิธีการโหลดและวิธีการรวบรวมข้อมูลของตัวอย่างการทดสอบเพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบอายุการใช้งานตามแนวแกนของโลหะผสมโลหะ มาตรฐานนี้กล่าวว่า:
การเตรียมตัวอย่างพร้อม: เลเซอร์เลือกการละลาย (SLM) หรือขั้นตอนการหลอมเหลวของอิเล็กตรอน (EBM) ใช้ในการพิมพ์แท่งทรงกระบอกมาตรฐานหรือตัวอย่างลำแสงโค้งเพื่อให้แน่ใจว่าขนาดถูกต้อง ตัวอย่างเช่น บริษัท เครื่องยนต์การบินหนึ่งคนเปลี่ยนการตั้งค่าการพิมพ์เพื่อให้ความขรุขระของพื้นผิว TI6AL4V ของตัวอย่างเริ่มจาก RA 12 μ m เป็น RA 3.2 μ m สิ่งนี้ลดโอกาสของความเครียดอย่างมาก
การควบคุมสิ่งแวดล้อม: เพื่อป้องกันอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมจากการส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมความเหนื่อยล้าให้จับตาดูอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการทดสอบ (± 2 องศา) ความชื้น (± 5% RH) และความเข้มข้นของออกซิเจน ตัวอย่างเช่นในขณะที่การทดสอบตัวอย่างสแตนเลส 316L ในสภาพแวดล้อมสเปรย์เกลือจำเป็นต้องมีการทำซ้ำสภาพมหาสมุทรเพื่อประเมินประสิทธิภาพการต้านทานความล้าของการกัดกร่อน
การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล: การใช้วิธีการทางสถิติเพื่อทำให้ S - n เส้นโค้งเพื่อค้นหาขีด จำกัด ความเหนื่อยล้าของสภาพวัสดุคุณอาจตรวจสอบเวลารอบการตอบสนองความเครียดและเวลาแตกหักในเวลาจริง ผู้ผลิตอุปกรณ์การแพทย์ได้ทดสอบการพิมพ์โคบอลต์อัลลอย 3 มิติ 3D ที่พิมพ์ออกมาข้อต่อ 10 ครั้งและพบว่าความแข็งแรงของความเหนื่อยล้ามากกว่า 95% ของชิ้นส่วนที่ถูกปลอมแปลง
2. การจำแนกลักษณะของข้อบกพร่อง: ค้นหาสิ่งที่ทำให้เกิดความล้มเหลว
ข้อบกพร่องภายในมีผลกระทบอย่างมากต่อระยะเวลาที่รายการพิมพ์ 3 มิติโลหะสามารถอยู่ได้นาน การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่ามิติที่ตั้งและการจัดตำแหน่งของข้อบกพร่องที่ไม่ได้ใช้รูขุมขนและอนุภาคที่ไม่ได้รับการคัดเลือกเป็นปัจจัยสำคัญในการเริ่มต้นของรอยร้าวเมื่อยล้า ตัวอย่างเช่นรูขุมขนในโลหะผสม TI6AL4V ที่มีความกว้างมากกว่า 50 μ m สามารถลดอายุการใช้งานความเมื่อยล้าได้มากกว่า 60% ดังนั้นเราจำเป็นต้องใช้วิธีการตรวจจับมาตราส่วนหลาย - เพื่ออธิบายข้อบกพร่องอย่างเต็มที่:
การทดสอบที่ไม่ทำลายวัตถุ: x - การคำนวณเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (CT) ใช้เพื่อวัดปริมาณความพรุนและการกระจายความผิดพลาด การทดสอบอัลตราโซนิกยังใช้เพื่อค้นหาปัญหาในการเชื่อมระหว่างเลเยอร์ ซัพพลายเออร์ส่วนประกอบการบินที่เฉพาะเจาะจงที่ค้นพบผ่านการสแกน CT ว่าการปรับแต่งวิธีการสแกนสามารถลดความพรุนจาก 0.8% เป็น 0.2%
การวิเคราะห์โลหะ: ดูการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและดูว่าการรักษาความร้อนมีผลต่อขนาดของธัญพืชและองค์ประกอบของเฟสอย่างไร ตัวอย่างเช่นการกด isostatic ร้อน (HIP) สามารถทำให้เม็ดอัลฟ่าเฟสของโลหะผสม Ti6AL4V เล็กกว่า 5 μmซึ่งเพิ่มความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าอย่างมาก
การวัดความเครียดที่เหลืออยู่: ใช้วิธีหลุมขนาดเล็กเลเซอร์หรือวิธีการเลี้ยวเบนของรังสี x - วิธีการเลี้ยวเบนของรังสีเพื่อค้นหาความเครียดที่เหลืออยู่บนพื้นผิวและดูว่ามันมีผลต่ออัตราการแพร่กระจายของรอยแตกอย่างไร ผู้ผลิตรถยนต์บางรายใช้ shot peening เพื่อเพิ่ม -400mpa ของความเครียดแรงอัดที่เหลือซึ่งทำให้ล้ออัลลอยอลูมิเนียมนานขึ้นอีกสามครั้ง
3, การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ: การจัดการอันตรายที่แหล่งกำเนิด
การตั้งค่าของกระบวนการพิมพ์มีผลโดยตรงต่อโครงสร้างจุลภาคและลักษณะข้อบกพร่องของชิ้นส่วน อายุการใช้งานที่เหนื่อยล้าสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการตั้งค่าการปรับแต่งและโพสต์ - การประมวลผล:-}}}
การควบคุมความหนาแน่นของพลังงาน: เพื่อลดความผิดพลาดที่เกิดจากพลังงานน้อยหรือมากเกินไปคุณควรปรับพลังงานเลเซอร์ความเร็วในการสแกนและความหนาของชั้น ตัวอย่างเช่น บริษัท ที่ใช้การออกแบบการทดลอง DOE เพื่อค้นหาว่าความหนาแน่นของพลังงานที่ดีที่สุดสำหรับการพิมพ์ SLM 316L สแตนเลสคือ 80J/มม. ³ซึ่งทำให้ 25% แข็งแกร่งขึ้นเมื่อเทียบกับความเหนื่อยล้า
การเพิ่มประสิทธิภาพทิศทางการก่อสร้าง: ทำให้ anisotropy มีผลต่อประสิทธิภาพความเหนื่อยล้าน้อยลง ยกตัวอย่างเช่นอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าของตัวอย่างแรงดึงที่ตั้งฉากกับชั้นการพิมพ์น้อยกว่าตัวอย่างที่ขนานกับมัน 40% สิ่งนี้สามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการเปลี่ยนมุมที่วางชิ้นส่วน
เทคโนโลยีสำหรับการโพสต์ - การประมวลผล:
การกด isostatic ร้อน (HIP) จะกำจัดรูขุมขนภายในและเพิ่มความแข็งแรงของความเหนื่อยล้าของโลหะผสม TI6AL4V จาก 450MPA เป็น 620MPA
การรักษาพื้นผิว: เพื่อให้พื้นผิวเรียบเนียนขึ้นการขัดเงาการสั่นสะเทือนหรือการขัดด้วยไฟฟ้าทางเคมีถูกนำมาใช้ จากนั้นจะใช้การถ่ายภาพเพื่อเพิ่มความเค้นแรงอัดที่เหลือ ตัวอย่างเช่นอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าของใบมีดเครื่องยนต์เครื่องบินที่เฉพาะเจาะจงคือ 1.2 เท่าของรายการปลอมแปลงหลังจากการรวมกันของการยิง peening และการสั่นสะเทือน
4. Digital Twin: การทำนายและตรวจสอบวงปิด
โครงการสำคัญของกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาได้ใช้ Multi - Sensor Fusion และ Digital Twin Technologies เพื่อสร้างระบบปิด -} สำหรับการตรวจสอบกระบวนการพิมพ์และทำนายอายุยืน
จริง - การตรวจสอบเวลาของอุณหภูมิพูลละลายการสะสมความร้อนและการพัฒนาข้อบกพร่องโดยใช้การรวมกันของเซ็นเซอร์ออปติคัลอินฟราเรดและอะคูสติก ยกตัวอย่างเช่นเซ็นเซอร์อะคูสติกของ บริษัท Addiguru สามารถรับคลื่นเสียงในการเปลี่ยนแปลงของคลื่นเสียงภายในโลหะและค้นหารูขุมขนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 μ m หรือใหญ่กว่า
การสร้างแบบจำลอง Digital Twin: ทำสำเนาเสมือนของแต่ละส่วนติดตามข้อบกพร่องและทดสอบว่าพวกเขาทำงานอย่างไรภายใต้แรงกดดันที่แตกต่างกัน ซอฟต์แวร์เจนัวของ Alphastar ใช้การจำลองโครงสร้างจุลภาคและกลไกการแตกหักเพื่อเดาว่าชิ้นส่วนจะอยู่ภายใต้ 10 ⁷รอบด้วยอัตราความผิดพลาดน้อยกว่า 10%
การทดสอบในห้องปฏิบัติการ: ใช้การทดสอบความเหนื่อยล้าเพื่อให้แน่ใจว่าโมเดลนั้นถูกต้อง มหาวิทยาลัยออเบิร์นทดสอบตัวอย่าง TI6AL4V ที่พิมพ์ 3 มิติ 10 ครั้ง 10 ครั้งและพบว่าอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้ของโมเดลดิจิตอล Twin นั้นตรงกับมูลค่าจริง 92%
5. การปฏิบัติในอุตสาหกรรม: การเรียนรู้จากกรณีที่ผ่านมา
GE Aviation ใช้เทคโนโลยี SLM ในการพิมพ์หัวฉีดเชื้อเพลิง Leap Engine ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หัวฉีดเหล่านี้มีอายุการใช้งานเป็นสองเท่าของชิ้นส่วนปลอมแบบดั้งเดิมและบินได้นานกว่า 10 ล้านชั่วโมงโดยไม่ล้มเหลว
ในสาขาการแพทย์จอห์นสันและจอห์นสัน 3D พิมพ์โคบอลต์โครเมียมอัลลอยร่วมกับถ้วยข้อต่อสะโพกที่ผ่าน 10 รอบในการทดสอบความเหนื่อยล้าที่เลียนแบบสภาพแวดล้อมของมนุษย์ มันดีกว่ามาตรฐานอุตสาหกรรม 5 × 10 รอบ
ในอุตสาหกรรมยานยนต์ BMW Group มีแจ็คเก็ตน้ำอลูมิเนียมอัลลอยที่พิมพ์ 3 มิติที่มีน้ำหนักเบากว่า 40% ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี พวกเขายังใช้การรักษาด้วยความร้อน T6 เพื่อให้ใช้งานได้นานกว่า 2,000 ชั่วโมงซึ่งเหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่ทำงานในสภาพที่รุนแรงมาก