1. Tính chất độc đáo của việc chế tạo thiết bị năng lượng khiến việc kiểm soát chất lượng trở nên quan trọng hơn.
Có ba điều chính khiến việc chế tạo thiết bị năng lượng trở nên khó khăn. Đầu tiên, các vật liệu có đặc tính rất cực đoan. Ví dụ, cánh tuabin khí phải có khả năng chịu được nhiệt độ 1500 độ và ứng suất 300 MPa. Thứ hai, cấu trúc rất phức tạp. Ví dụ, máy tạo hơi nước trong nhà máy điện hạt nhân có hàng chục nghìn đường ống nhỏ. Thứ ba, môi trường dịch vụ ngày càng khó khăn hơn. Ví dụ, thiết bị điện gió ngoài khơi cần có khả năng chịu được sự ăn mòn do phun muối và thiệt hại do bão. Những đặc điểm này khiến việc kiểm soát chất lượng trong in 3D kim loại khó gấp ba lần:
Kiểm soát độ ổn định của các đặc tính vật liệu: Trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt, các bộ phận được in không được hỏng hóc theo các cách như đứt gãy và mỏi. Ví dụ: các cánh tuabin khí được làm bằng hợp kim gốc niken Inconel 718{2}}cần được xử lý ép đẳng tĩnh nóng (HIP) để loại bỏ các lỗ rỗng bên trong và giúp các cánh có tuổi thọ cao hơn gấp đôi so với các vật đúc thông thường.
Điều khiển vòng lặp khép kín có độ chính xác hình học: Đối với các bộ phận chính xác như cơ cấu dẫn động thanh điều khiển trong lò phản ứng điện hạt nhân, dung sai kích thước phải được giữ trong khoảng ± 0,05 mm. Một công ty đã bổ sung hệ thống đo giao thoa laser vào thiết bị SLM của mình để có thể sửa các lỗi về hình dạng và vị trí theo thời gian thực trong khi in. Điều này đã nâng tỷ lệ đạt tiêu chuẩn của kích thước quan trọng từ 82% lên 97%.
Phạm vi hoàn thiện việc tìm kiếm khuyết tật: Công nghệ quét CT công nghiệp có thể tìm ra các lỗi lỗ siêu nhỏ có đường kính từ 0,02 mm trở lên và tạo ra mô hình 3D của sản phẩm in. Một công ty sản xuất thiết bị năng lượng gió đã thiết lập cơ sở dữ liệu lỗi và sử dụng thuật toán học máy để xem hình ảnh CT một cách thông minh. Điều này giúp giảm thời gian tìm lỗi từ 4 giờ xuống còn 20 phút.
2. Bốn trụ cột của Hệ thống kiểm soát chất lượng toàn bộ quy trình
(1) Kiểm soát hiệu suất vật liệu tại nguồn
Ba bước kiểm tra về chất lượng của bột: Thiết lập hệ thống quản lý các lô bột để bạn có thể kiểm tra thành phần hóa học (sử dụng tính năng phát hiện ICP{0}}AES), sự phân bố kích thước hạt (sử dụng phương pháp nhiễu xạ laze) và khả năng chảy (sử dụng máy đo dòng điện Hall) trên mỗi lô bột kim loại. Một công ty sản xuất thiết bị năng lượng cho biết kích thước hạt D50 của bột thép không gỉ 316L phải nằm trong khoảng từ 25 đến 35 μm, tốc độ dòng Hall phải nhỏ hơn hoặc bằng 25 giây/50g và hàm lượng oxy phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,05%.
Xây dựng cơ sở dữ liệu vật liệu: Xây dựng cơ sở dữ liệu thông số quá trình với 12 hợp kim thường được sử dụng trong lĩnh vực năng lượng. Cơ sở dữ liệu này phải bao gồm các thông tin quan trọng như hình dạng của bể tan chảy và khả năng các lô bột khác nhau hình cầu ở mật độ năng lượng nhất định. Ví dụ, cơ sở dữ liệu tiết lộ rằng mật độ tốt nhất (99,2%) và độ bền kéo (320MPa) của hợp kim nhôm AlSi10Mg có thể đạt được với công suất laser 350W và tốc độ quét 1200mm/s.
(2) Kiểm soát quá trình in theo thời gian thực
Mô phỏng sự tương tác giữa nhiều trường vật lý: Chúng tôi sử dụng phần mềm ANSYS Workbench để thực hiện mô phỏng khớp nối cơ nhiệt trong quá trình in và tìm ra cách phân tán ứng suất dư. Một công ty sản xuất thiết bị năng lượng hạt nhân đã sử dụng tính năng tối ưu hóa mô phỏng để thay đổi hướng in từ trục Z{1}}sang góc 45 độ. Điều này làm giảm tỷ lệ co ngót của trục Z-từ 0,8% xuống 0,3% và làm cho vấn đề bong tróc giữa các lớp ít phổ biến hơn nhiều.
Sử dụng hệ thống điều khiển-vòng kín: Đặt nhiệt kế hồng ngoại và camera giám sát bể tan chảy trong thiết bị SLM để nó có thể cung cấp cho bạn thông tin-theo thời gian thực về kích thước (sai số ± 10 μ m) và nhiệt độ (sai số ± 5 độ ) của bể tan chảy. Nếu chiều rộng của bể nóng chảy vượt quá 15% giá trị định trước, hệ thống sẽ tự động thay đổi công suất laser và tốc độ quét để giữ cho bể nóng chảy ổn định.
(3) Kiểm soát chính xác công nghệ xử lý hậu kỳ
Tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt: Một-quy trình ủ hai giai đoạn đã được phát minh cho các bộ phận được in bằng hợp kim titan Ti6Al4V. Bước đầu tiên là thay đổi pha ở 920 độ trong 2 giờ. Bước thứ hai là tinh chỉnh cấu trúc pha + ở 730 độ trong 4 giờ. Độ bền mỏi của các bộ phận được in tăng 40% sau quá trình xử lý này, đạt 680MPa.
Tích hợp công nghệ biến đổi bề mặt: Kỹ thuật oxy hóa hồ quang vi mô (MAO) tạo ra lớp phủ gốm dày 50 μm trên bề mặt các bộ phận có khả năng bị ăn mòn, bao gồm cả vòng bi hộp số tuabin gió ngoài khơi. Điều này làm tăng thời gian chúng có thể chống ăn mòn do phun muối từ 500 giờ lên hơn 2000 giờ.
(4) Cải tiến thông minh việc kiểm soát chất lượng
Hỗn hợp các công nghệ thử nghiệm không phá hủy: Thiết lập hệ thống thử nghiệm ba{1}}cấp bao gồm "CT công nghiệp, mảng pha siêu âm và thử nghiệm dòng điện xoáy". Đầu tiên, sử dụng CT công nghiệp (độ phân giải 10 m) để quét toàn bộ buồng đốt tuabin khí có đường kính 200 mm. Sau đó, sử dụng phương pháp kiểm tra độ tinh tế bằng siêu âm mảng pha (độ phân giải 0,1 mm) để kiểm tra bất kỳ khu vực nào có vẻ nghi ngờ. Cuối cùng, sử dụng thử nghiệm dòng điện xoáy để kiểm tra các vết nứt trên bề mặt.
Cách sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số: Tạo bản sao kỹ thuật số của các bộ phận được in và theo dõi hoạt động của chúng trong thời gian thực. Một công ty cụ thể đã thêm thuật toán dự đoán tuổi thọ mỏi vào mô hình bản sao kỹ thuật số của họ. Điều này có thể đưa ra thông báo sớm 6 tháng về một số rủi ro hỏng hóc thiết bị nhất định và giảm 65% thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-airplane-engine-stand.html