Làm thế nào để tiến hành kiểm tra chất lượng sau khi in 3D kim loại?

一,-Công nghệ kiểm tra không phá hủy: nhìn mọi thứ từ bên ngoài để tìm ra sai sót bên trong
Cách chính để kiểm tra chất lượng in 3D kim loại là bằng-thử nghiệm không phá hủy (NDT), có thể tìm ra các sai sót bên trong mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của vật phẩm. Dựa trên các nguyên tắc phát hiện riêng biệt, các công nghệ phổ biến nhất có thể được chia thành bốn nhóm:
1. Micro CT hay chụp cắt lớp vi tính công nghiệp
Micro CT sử dụng tia X{0}}để đi qua các bộ phận và lấy dữ liệu từ nhiều góc độ. Sau khi được máy tính tái tạo lại, nó tạo ra các hình ảnh chụp cắt lớp ba chiều-có thể tìm thấy các khuyết tật với độ phân giải micromet. Hệ thống Micro CT có nguồn tia X-450kV có thể tìm thấy các lỗ có đường kính 0,02mm bên trong đầu xi lanh bằng hợp kim nhôm và đo những thứ như độ xốp và chiều dài vết nứt. Lợi ích chính của nó là:
Kiểm tra toàn chiều: có thể tìm thấy cả khuyết tật bên trong (như vết nứt và lỗ chân lông) và quang sai hình học bên ngoài (như độ dày và biến dạng của tường) trong các bộ phận cùng một lúc.
Định lượng với độ chính xác cao: Công nghệ tái tạo 3D có thể ước tính chính xác kích thước, vị trí và mật độ phân bố của các sai sót.
Thao tác không tiếp xúc: Không làm tổn hại đến các bộ phận chính xác nữa.
2. Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT)
Theo tiêu chuẩn GB/T 35351 dành cho "Thử nghiệm không phá hủy vật liệu kim loại - Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ", thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ tìm ra các sai sót bên trong bằng cách xem xét những thay đổi trong cách tia X-hoặc tia gamma truyền qua các bộ phận. Ví dụ: trong khi kiểm tra các cánh máy bay bằng hợp kim titan, kiểm tra chụp ảnh phóng xạ có thể phát hiện các vấn đề không{4}}kết hợp giữa các lớp và đo độ nhạy phát hiện bằng cách sử dụng chỉ báo chất lượng hình ảnh (IQI). Nó có một số vấn đề như:
Hạn chế về khả năng xuyên thấu: Vật liệu có mật độ-cao, như hợp kim vonfram, cần nguồn bức xạ năng lượng-cao;
Hạn chế của hình ảnh hai{0}}chiều: Các hình chiếu chồng chéo có thể che giấu sự cố ở các phần cấu trúc phức tạp.
3. Kiểm tra bằng sóng âm (UT)
Kiểm tra siêu âm sử dụng cách sóng âm thanh-tần số cao phát ra và truyền qua các bộ phận để tìm ra các khuyết tật gần-bề mặt như vết nứt và tạp chất. Ví dụ: công nghệ siêu âm mảng pha (PAUT) có thể nhanh chóng phát hiện và chụp ảnh các sai sót trong khuôn thép không gỉ 316L bằng cách sử dụng đầu dò đa{4}}phần tử. Một số đặc điểm của nó là:
Rất nhạy: có thể tìm thấy các vết nứt nhỏ cỡ vài micron;
Sự phụ thuộc vào hướng: Góc của đầu dò cần được đặt vừa phải với hình dạng của bộ phận.
4. Kiểm tra bằng siêu âm Laser (LUT)
LUT sử dụng các xung laser để tạo ra các sóng ứng suất di chuyển trên bề mặt các bộ phận và tìm ra các khuyết tật bằng cách xem xét cách sóng âm thanh di chuyển qua chúng. Nhóm nghiên cứu của Đại học Công nghệ Nanyang đã chế tạo hệ thống siêu âm laser có thể tìm ra vết nứt trên các bộ phận hợp kim titan trong 15 phút với độ phân giải 0,1mm. Phương pháp này phù hợp để tìm các phần cong khó trên mạng.
2, Kiểm tra chất lượng bề mặt, từ vi cấu trúc đến hình dạng vĩ mô
Chất lượng bề mặt của các sản phẩm in 3D kim loại có tác động trực tiếp đến độ bền của chúng và khả năng chống ăn mòn của chúng. Các kích thước sau đây cần được kiểm tra trong quá trình kiểm tra bề mặt:
1. Đo độ nhám bề mặt
Để tìm độ lệch trung bình số học (Ra) của mặt cắt bề mặt của bộ phận, hãy sử dụng máy đo độ nhám bề mặt như dòng MarSurf. Ví dụ, giá trị Ra bề mặt của các bộ phận hợp kim titan Ti6Al4V được chế tạo bằng phương pháp SLM thường nằm trong khoảng từ 6 đến 10 μm. Để đáp ứng các tiêu chuẩn hàng không, giá trị này cần được hạ xuống dưới 0,8 μm bằng cách sử dụng phương pháp đánh bóng điện phân.
2. Phân tích cấu trúc vi mô
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xem cấu trúc hạt, thành phần pha và hình thái khuyết tật của các bộ phận. Ép đẳng tĩnh nóng (HIP) có thể thay đổi hình dạng của các vật thể bằng hợp kim nhôm và ảnh SEM có thể chứng minh điều này.
3. Thử nghiệm thành phần hóa học
Để tìm hiểu xem có những hóa chất nào trong các mảnh, hãy sử dụng máy quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) hoặc máy quang phổ khối plasma plasma kết hợp cảm ứng (ICP-MS). Ví dụ: kiểm tra độ lệch hàm lượng của Cr, Co, W và các nguyên tố khác trong hợp kim nhiệt độ cao-dựa trên niken đã được in 3D để đảm bảo chúng đáp ứng tiêu chuẩn ASTM F3001.
3, Kiểm tra hiệu suất cơ học: kiểm tra xem các bộ phận có thể chịu được trọng lượng bao nhiêu
Điều quan trọng là phải xác minh chất lượng cơ học của các vật thể in 3D bằng kim loại để đảm bảo chúng đạt tiêu chuẩn:
1. Kiểm tra độ bền kéo
Tiêu chuẩn GB/T 228.1 yêu cầu sử dụng máy kiểm tra đa năng để kiểm tra độ bền kéo (Rm), cường độ chảy (Rp0.2) và độ giãn dài (A) của các bộ phận. Ví dụ: Rm của các bộ phận bằng thép không gỉ 17-4PH được chế tạo bằng phương pháp SLM phải từ 1000MPa trở lên.
2. Kiểm tra độ mỏi
Sử dụng máy kiểm tra độ mỏi uốn quay, chẳng hạn như máy kiểm tra R{0}}R, để xem các bộ phận tồn tại được bao lâu khi chúng chịu biến dạng theo chu kỳ. Ví dụ, các ốc vít hàng không cần phải trải qua 10 chu kỳ thử tải và tốc độ lan truyền vết nứt cần phải nhỏ hơn 1 × 10⁻⁶ mm/chu kỳ.
3. Kiểm tra độ cứng
Bạn có thể sử dụng máy đo độ cứng Vickers (HV) hoặc máy đo độ cứng Rockwell (HRC) để tìm hiểu độ cứng của bề mặt vật phẩm. Ví dụ, các cánh tuabin cần các mảnh được làm từ Inconel 718 có giá trị HV là 450–500 khi được in bằng công nghệ DMLS.
4, Thực tiễn ngành: Xu hướng tiêu chuẩn hóa và thông minh
1. Xây dựng hệ thống tiêu chuẩn quốc gia
Ba tiêu chuẩn quốc gia về in 3D (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 và GB/T 45667-2025) có hiệu lực vào tháng 9 năm 2025 cung cấp cho ngành một cách duy nhất để đánh giá chất lượng. Ví dụ: GB/T 45675 cho biết cách đánh giá độ nhám bề mặt của các bộ phận SLM và yêu cầu lỗi lặp lại phát hiện giá trị Ra phải nhỏ hơn hoặc bằng 5%.
2. Sử dụng công nghệ phát hiện thông minh
Việc sử dụng máy học và trí tuệ nhân tạo đang giúp việc phát hiện hiệu quả hơn. Ví dụ: Đại học Công nghệ Nanyang đã tạo ra hệ thống phân tích định hướng tinh thể dựa trên hình ảnh quang học-có thể hoàn thành việc đánh giá cấu trúc vi mô của các bộ phận hợp kim titan chỉ trong 15 phút và chỉ tốn 1/10 phương pháp SEM.
3. Kiểm soát chất lượng cho toàn bộ quá trình
Các công ty hàng đầu đã thiết lập một hệ thống-vòng khép kín dành cho "phản hồi kiểm tra thiết kế in ấn". Ví dụ: GE Aviation đã bổ sung-hệ thống giám sát tại chỗ vào thiết bị SLM của mình. Điều này cho phép họ thay đổi cường độ tia laser và tốc độ quét theo thời gian thực, giúp giảm tỷ lệ hỏng hóc của các bộ phận từ 8% xuống dưới 0,5%.