Kako testirati čvrstoću metalnih kalupa za 3D ispis?

一, Glavna metoda za ispitivanje čvrstoće
Ispitivanje čvrstoće metalnih kalupa za 3D ispis mora obuhvatiti tri dimenzije: svojstva materijala, mikrostrukturu i kontrolu nedostataka, stvarajući više-razinsku i više{2}}dimenzionalnu petlju ispitivanja.
1. Ispitivanje mehaničkih svojstava: Indeks kvantitativne čvrstoće
Vlačno ispitivanje: Koristite univerzalnu ispitnu opremu za aksijalno vlačno opterećenje na materijal kalupa. To će vam reći njegovu vlačnu čvrstoću (UTS), granicu tečenja (YS) i istezanje pri prekidu (EL). Na primjer, kalupi od legure titana moraju ispunjavati standard ASTM E8, a njihov UTS mora biti između 800 i 1000 MPa, dok njihov YS mora biti najmanje 700 MPa.
Test kompresije: Provjerite koliko je kalup stabilan kada se stisne. Ovaj test je posebno koristan za potporne konstrukcije ili komponente s debelim zidovima. Na primjer, standard GB/T 7314 potrebno je koristiti za provjeru tlačne čvrstoće kalupa od aluminijskih legura kako bi se osiguralo da se ne savijaju kada se oblikuju pod visokim pritiskom.
Test savijanja u tri-točke ili četiri-točke provodi se kako bi se vidjelo koliko je kalup krut dok se savija i koliko je jaka veza između slojeva. Ispitivanje čvrstoće na savijanje kalupa od nehrđajućeg čelika prema ISO 14125 jedan je od načina da se spriječi da ljuštenje međusloja uzrokuje kvar.
Ispitivanje udarom: Upotrijebite stroj za ispitivanje udarom njihala da oponašate dinamička opterećenja i saznate koliko je kalup otporan (na primjer, udarna energija Charpy V-zareza). Na primjer, kalup za lopatice zrakoplovnih motora mora ispunjavati standard ASTM E23 kako bi se osiguralo da se neće lako slomiti kada se koristi u teškim situacijama.
Ispitivanje zamora: Upotrijebite-stroj za ispitivanje zamora visoke frekvencije da simulirate ciklična opterećenja i utvrdite koliko dugo će kalup izdržati prije nego što se umori. Automobilski kalupi, na primjer, moraju ispunjavati standard ISO 12107 i imati granicu zamora od najmanje 300 MPa kako bi podnijeli naprezanja dugotrajnog-visokog-tlačnog utiskivanja.
2. Analiza mikrostrukture: otkriti što čini čvrstoću mogućom
Upotrijebite metalografski mikroskop (OM) da pogledate veličinu zrna kalupa, fazni sastav i međuslojno sučelje. Na primjer, kalupi izrađeni pomoću SLM (selektivnog laserskog taljenja) često imaju mikroskopska zrna s jednakom osi, što ih čini više od 30% jačima od standardnih odljevaka.
Skenirajući elektronski mikroskop (SEM): Pogledajte kako nastaju i šire se pukotine i potražite nedostatke poput nedostatka fuzije i poroznosti. Na primjer, SEM treba provjeriti kalupe EBM (taljenje snopom elektrona) kako bi se uvjerio da nisu previše porozni (Manje od ili jednako 0,5%) i kako bi se izbjegla koncentracija naprezanja.
Difrakcija povratnog raspršenja elektrona (EBSD): Izmjerite razliku u orijentaciji kristala (KAM vrijednost) i testirajte koliko dobro se materijal može lokalno deformirati. Na primjer, mjesta s visokim KAM vrijednostima vjerojatno će razviti pukotine, a toplinska obrada je potrebna kako bi se poboljšala orijentacija zrna.
3. Pronađite nedostatke: riješite se skrivenih rizika za snagu
CT skeniranje za industriju: Ispitivanje unutarnjih nedostataka u kalupima koji ih ne oštećuju, kao što su pore, pukotine i mjesta na kojima kalup nije potpuno srastao. Na primjer, zrakoplovni kalupi moraju zadovoljiti standard ISO 17637 kako bi se osiguralo da nedostaci nisu veći od 0,1 mm i da se pukotine nastale zamorom ne šire.
Ultrazvučno ispitivanje (UT) otkriva greške koje su duboko u unutrašnjosti, a najbolje funkcionira na kalupima s debelim stijenkama. Na primjer, kalupi za ploče automobila moraju zadovoljiti standard ASTM E233 kako bi se pronašli unutarnji nedostaci duboki najmanje 50 mm.
X-fluorescentna spektroskopija (XRF): Brzo provjerite kemijski sastav plijesni kako biste bili sigurni da je sadržaj elemenata onakav kakav bi trebao biti. Na primjer, kalupi za legure na bazi nikla- moraju ispunjavati standard ISO 3497 kako bi raspon kritičnih sastojaka poput Cr i Mo bio ispod 0,5%.
2, Sustav standarda ispitivanja za međunarodnu i domaću upotrebu
Metalni kalupi za 3D ispis moraju se testirati na čvrstoću u skladu sa strogim međunarodnim i domaćim standardima kako bi bili sigurni da se podaci mogu usporediti i da se poštuju pravila.
1. Standardi iz cijelog svijeta
ISO/ASTM 52900: uspostavlja definicije i klasifikacije za terminologiju 3D ispisa, nudeći temeljnu osnovu za ispitivanje čvrstoće.
ISO 23499: postavlja standarde za točnost dimenzija i kvalitetu površine metalnih 3D ispisanih predmeta. To ima neizravan učinak na ispitivanje čvrstoće.
ASTM E8/E23/E466: Ovo su glavni standardi za ispitivanje čvrstoće kalupa. Oni vam govore kako napraviti testove na rastezanje, udar i zamor.
2. Standardi za dom
GB/T 39251: Pojasnite pravila za pripremu i korištenje uzoraka za vlačna, tlačna, savijajuća i druga ispitivanja mehaničkih svojstava 3D tiskanih metalnih materijala.
GB/T 39651: utvrđuje korake za inspekciju i ocjenu dijelova za proizvodnju metalnih dodataka, uključujući kako klasificirati nedostatke i postaviti kriterije prihvaćanja.
QB/T 5696: Ovaj standard govori o kvaliteti metalnih materijala za 3D ispis i postavlja posebne zahtjeve za stvari kao što su veličina i protočnost čestica praha, koje utječu na čvrstoću kalupa na neizravan način.
3, Važni tehnički problemi i kako ih riješiti
Kako bismo metalne kalupe za 3D ispis učinili jačima, moramo pronaći načine za rješavanje problema poput anizotropije, zaostalog naprezanja i kvalitete površine. To se može postići novom tehnologijom i boljim procesima.
1. Kontrola anizotropije
Čvrstoća 3D printanih kalupa mijenja se ovisno o orijentaciji printanja (uzdužno, poprečno, koso). Na primjer, uzdužna čvrstoća SLM generiranih kalupa mogla bi biti 20% veća od poprečne čvrstoće.
Rješenje: Poboljšajte način skeniranja: Koristite šahovsku ploču ili spiralnu stazu skeniranja kako bi promjene toplinskog naprezanja u slojevima bile manje primjetne.
Jačanje nakon-obrade: Vruće izostatičko prešanje (HIP) uklanja pore, podižući gustoću kalupa na više od 99,9%.
Više{0}}smjerno ispitivanje: Uzorci se uzimaju u tri različita smjera-uzdužno, poprečno i koso-kako bi se osiguralo da je minimalna čvrstoća u skladu sa projektnim standardima.
2. Upravljanje zaostalim naprezanjem Problem: Kada se 3D ispis prebrzo ohladi, može doći do zaostalog naprezanja, što može uzrokovati savijanje ili pucanje kalupa.
Rješenje: Žarenje za ublažavanje stresa: Držite ga na 500-600 stupnjeva 2 do 4 sata kako biste otpustili unutarnji stres.
Lasersko udarno peeniranje koristi visoko{0}}energetske laserske zrake za promjenu oblika površine, dodavanje zaostalog tlačnog naprezanja i produljenje trajnosti materijala.
Mrežno praćenje: korištenje ugrađenih- senzora optičkih vlakana za praćenje distribucije naprezanja u stvarnom vremenu i promjenu postavki ispisa prema potrebi.
3. Bolja kvaliteta površine Problem: Hrapavost površine (Ra) 3D tiskanih kalupa obično je 10-20 μm, što ih čini lakim za razbijanje.
Odgovor:
Mehaničko poliranje: CNC stroj za poliranje može smanjiti Ra na manje od 0,8 μm, što čini površinu čvršćom.
Kemijsko poliranje: korištenje ispiranja kiselinom ili elektrolitičkog poliranja kako bi se uklonile male površinske greške i površina učinila otpornijom na koroziju.
Sačmarenje: Ovaj proces dodaje sloj zaostalog tlačnog naprezanja na površinu udarajući je projektilima velike-brzine. To ga čini otpornijim na umor.
4, Studija slučaja i praksa u industriji
Slučaj 1: Kalup za lopaticu motora zrakoplova
Materijal je visokotemperaturna-legura na bazi nikla (Inconel 718).
Fokus testa:
Visokotemperaturna čvrstoća: GB/T 4338 standard kaže da se vlačna čvrstoća treba testirati na 650 stupnjeva kako bi se osiguralo da je najmanje 800 MPa.
Izvedba toplinskog zamora: Koristite ISO 12111 za testiranje brzine širenja loma tijekom ciklusa pokretanja-zaustavljanja motora.
Mikrostruktura: Koristite EBSD da pogledate distribuciju 'faze i provjerite je li veličina faze ojačanja manja ili jednaka 50 nm. To će materijal učiniti stabilnijim na visokim temperaturama.
Kalup traje tri puta dulje od standardnih odljevaka, koliko je potrebno da motori zrakoplova rade 100.000 sati.
Slučaj 2: Kalup za automobilski poklopac
Materijal: Čelik visoke čvrstoće (H13)
Što testirati:
Otpornost na trošenje: Standard ASTM G65 testira količinu trošenja kako bi se uvjerio da je manja ili jednaka 0,1 g/1000 okretaja.
Otpornost na udar: Charpy energija udarca mora biti najmanje 30 J, prema standardu ISO 148.
Dimenzionalna točnost: Koristite CMM testiranje kako biste bili sigurni da je netočnost površine kalupa manja ili jednaka 0,05 mm.
Kalup traje 500.000 ciklusa štancanja, što je 50% dulje od ostalih kalupa.