Kako procijeniti život umora metalnih 3D ispisanih dijelova?

1. Standardizirano testiranje: Postavljanje mjerila za procjenu
Međunarodna organizacija za standardizaciju (ISO) i Američko društvo za procjenu i materijale (ASTM) postavljaju osnovna pravila za procjenu života umora metalnih 3D tiskanih predmeta. Standard ASTM E466-21 jedan je od takvih. Standardizira oblik, veličinu, metodu učitavanja i metodologiju prikupljanja podataka testnih uzoraka kako bi znanstvenici mogli testirati životni vijek aksijalnog umora metalnih legura. Ovaj standard kaže:
Priprema uzorka: Laser selektivno taljenje (SLM) ili postupci topljenja elektronske zrake (EBM) koriste se za ispis standardnih cilindričnih šipki ili zakrivljenih uzoraka snopa kako bi se osiguralo da su dimenzije ispravne. Na primjer, jedna firma zrakoplovnih motora promijenila je postavke ispisa tako da je površinska hrapavost uzoraka Ti6AL4V prešla iz RA 12 µm do RA 3,2 µm. To je uvelike smanjilo šansu za koncentraciju stresa.
Kontrola zaštite okoliša: Da bi se utjecaji okoliša pokvarili na ponašanje umora, budno pazite na temperaturu ispitnog okruženja (± 2 stupnja), vlagu (± 5% RH) i koncentraciju kisika. Na primjer, tijekom ispitivanja uzoraka od nehrđajućeg čelika od 316L u okruženju za sprej za sol, potrebno je replicirati oceanske uvjete za procjenu performansi otpornosti na zamoru korozije.
Prikupljanje i analiza podataka: Korištenje statističkih metoda za izradu krivulja S -} N Da biste pronašli granicu zamora materijalnih uvjeta, možete pratiti vrijeme ciklusa, reakciju na stres i vrijeme loma u stvarnom vremenu. Proizvođač medicinskih uređaja testirao je svoj 3D tiskani kobaltni kromirani umjetni zglob 10 puta i otkrio je da je njegova čvrstoća umora veća od 95% od kovanih dijelova.
2. Karakterizacija oštećenja: Otkrivanje što je uzrokovalo neuspjeh
Unutarnji nedostaci imaju veliki utjecaj na to koliko dugo može trajati metalni 3D tiskani predmeti. Studije su pokazale da su dimenzije, mjesto i usklađivanje nepravednih nedostataka, pora i nepromijenjenih čestica kritične odrednice u početku pukotina umora. Na primjer, pore u leguri Ti6AL4V širine više od 50 µm mogu smanjiti vijek umora za više od 60%. Dakle, moramo koristiti multi - pristupe otkrivanju skale kako bismo u potpunosti opisivali oštećenja:
Testiranje koje ne oštećuje objekt: x - Ray Računalna tomografija (CT) koristi se za mjerenje količine poroznosti i raspodjele grešaka. Ultrazvučno testiranje se također koristi za pronalaženje problema u vezivanju između slojeva. Specifični dobavljač zrakoplovnih komponenti otkrio je CT skeniranjem da usavršavanje skenirajućeg pristupa može umanjiti poroznost s 0,8% na 0,2%.
Analiza metala: Pazite na promjenu mikrostrukture i pogledajte kako toplinska obrada utječe na veličinu zrna i sastav faza. Na primjer, vruće izostatsko prešanje (HIP) može učiniti alfa fazno zrno legure Ti6AL4V manja od 5 µM, što uvelike povećava otpornost na umor.
Mjerenje zaostalog naprezanja: Upotrijebite metodu laserske male rupe ili X - metodu difrakcije zrake da biste pronašli zaostali stres na površini i pogledali kako utječe na brzinu kojom se pukotine šire. Određeni proizvođač automobila upotrijebio je pucanj za dodavanje -400MPA zaostalog tlačnog napona, zbog čega je aluminijska legura na kotačima trajala tri puta duže.
3, Optimizacija procesa: Upravljanje opasnostima na izvoru
Postavke postupka ispisa izravno utječu na mikrostrukturu i karakteristike oštećenja dijelova. Život umora može se uvelike poboljšati finim - Postavke podešavanja i objaviti - obradu:
Kontrola gustoće energije: Da biste umanjili greške za prskanje uzrokovane premalo ili previše energije, trebali biste prilagoditi lasersku snagu, brzinu skeniranja i debljinu sloja. Na primjer, tvrtka je koristila eksperimentalni dizajn DOE -a kako bi otkrila da je najbolja gustoća energije za SLM ispis 316L nehrđajući čelik 80J/mm ³, što ga čini 25% jačim od umora.
Optimizacija konstrukcije: Napravite anizotropiju manje utječu na performanse umora. Na primjer, život umora zateznih uzoraka koji su okomito na tiskarski sloj je 40% manji od onog uzoraka koji su paralelni s njim. To se može uvelike poboljšati promjenom kuta pod kojim se dijelovi postavljaju.
Tehnologija za post - obrada:
Vruće izostatsko prešanje (kuk) se riješi unutarnjih pora i podiže čvrstoću umor legure Ti6AL4V s 450MPA na 620MPa.
Tretman površine: Da bi se površina učinila glatkijom, koristi se poliranje vibracija ili elektrokemijsko poliranje. Zatim se pucanje koristi za dodavanje preostalog tlačnog napona. Na primjer, život umor određene oštrice motora zrakoplova je 1,2 puta veći od kovanog predmeta nakon kombinacije pucanja i poliranja vibracija.
4. Digitalni blizanac: Predviđanje i provjera zatvorene petlje
Glavni projekt Ministarstva obrane SAD -a koristio je multi - Fusion Fusion i Digital Twin Technologies za stvaranje zatvorenog sustava petlje {}}} za praćenje postupka ispisa i predviđanje njegove dugovječnosti.
Real - Nadgledanje vremena temperature taline, akumulacije topline i razvoja oštećenja pomoću kombinacije optičkih, infracrvenih i akustičnih senzora. Na primjer, akustični senzor tvrtke Addiguru tvrtke može se pokupiti na minutnim promjenama zvučnih valova unutar metala i pronaći pora u promjeru 20 µm ili veće.
Modeliranje digitalnog blizanaca: Napravite virtualne kopije svakog dijela, pratite nedostatke i testirajte kako rade pod različitim pritiscima. Alphastar's Genova softver koristi simulaciju mikrostrukture i mehaniku loma kako bi pogodio koliko će dijelovi trajati ispod 10 ⁷ ciklusa, sa stopom pogreške manjom od 10%.
Ispitivanje u laboratoriju: Upotrijebite testiranje umora kako biste bili sigurni da je model točan. Sveučilište Auburn testiralo je uzorke 3D tiskanih Ti6AL4V 10 puta i otkrilo da je očekivani životni vijek digitalnog dvostrukog modela odgovarao stvarnoj vrijednosti za 92%.
5. Praksa industrije: Učenje iz prošlih slučajeva
GE Aviation koristi SLM tehnologiju za ispis preskočenih mlaznica za gorivo motora u zrakoplovnoj industriji. Ove mlaznice traju dvostruko duže od tradicionalnih kovanih dijelova i letjele su više od 10 milijuna sati bez neuspjeha.
U medicinskom polju, Johnson & Johnson 3D ispisali su zglobove zglobova kobalta od kobalta koji su prošli 10 ciklusa u testiranju umora koji su oponašali ljudsko okruženje. To je puno bolje od industrijskog standarda od 5 × 10 ciklusa.
U automobilskoj industriji BMW Group zapošljava 3D tiskane aluminijske jakne za vodu koje su 40% lakše zahvaljujući optimizaciji topologije. Oni također koriste T6 termički tretman kako bi im trajali više od 2000 sati, što je savršeno za motore koji rade u vrlo oštrim uvjetima.