Làm cách nào để kiểm tra hiệu suất làm mát của khuôn in 3D kim loại?

一, Các phần chính của việc kiểm tra hiệu suất làm mát
1. Kiểm tra hiệu suất nhiệt động
Đo độ dẫn nhiệt là một cách quan trọng để tìm hiểu xem vật liệu truyền nhiệt tốt như thế nào. Phương pháp flash laser ASTM E1461 có thể đánh giá chính xác độ khuếch tán nhiệt của vật liệu khuôn trong khoảng từ -100 đến 500 độ C. Một nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thép khuôn H13 in 3D và phát hiện ra rằng độ dẫn nhiệt của nó là 28,5W/(m · K), cao hơn 12% so với quy trình rèn tiêu chuẩn. Điều này là do in 3D tạo ra cấu trúc hạt mịn độc đáo.

Mục tiêu chính của phân tích độ bền nhiệt là tìm hiểu xem khuôn truyền nhiệt tốt như thế nào. Để tạo bản đồ đám mây gradient nhiệt độ, bạn có thể đặt cặp nhiệt điện tại các điểm quan trọng trên khuôn và sử dụng công nghệ chụp ảnh nhiệt hồng ngoại để kết hợp chúng. Một thử nghiệm được thực hiện bởi một công ty sản xuất phụ tùng ô tô cho thấy nhiệt độ của lõi khuôn đúc hợp kim nhôm in 3D-của họ duy trì trong khoảng ± 3 độ sau khi tạo 1000 khuôn liên tiếp. Con số này thấp hơn 60% so với khuôn truyền thống.

2. Kiểm tra động lực học chất lỏng
Kiểm tra đặc tính giảm áp là một cách tốt để xem thiết kế mạch nước làm mát có hợp lý hay không. Thiết bị hiệu chỉnh lưu lượng Micronics PT100 có thể phát hiện chính xác tổn thất áp suất trong đường thủy khi tốc độ dòng chảy nằm trong khoảng từ 0,1 đến 100L/phút. Một nghiên cứu điển hình về khuôn đóng gói điện tử cho thấy kênh nước làm mát xoắn ốc được in 3D{6}}chỉ giảm 0,8kPa ở tốc độ dòng chảy 20L/phút, thấp hơn 45% so với kênh nước khoan truyền thống. Điều này cho thấy thiết kế kênh của nó phù hợp hơn với các nguyên tắc động lực học chất lỏng.

Mạng cảm biến lưu lượng đa kênh được sử dụng để thực hiện kiểm tra tính đồng nhất của luồng. Một nhóm nghiên cứu đã thiết lập 12 vị trí giám sát dòng chảy trong khuôn khoang in 3D-phức tạp. Họ quan sát thấy độ lệch dòng của mỗi kênh được giữ trong khoảng ± 2% để đảm bảo rằng môi trường làm mát được trải đều. Quy trình thử nghiệm này rất hiệu quả đối với các khuôn-có độ chính xác cao dùng trong ngành hàng không vũ trụ. Ví dụ: khuôn hỗ trợ vệ tinh đã tinh chỉnh mô hình đường thủy để giảm biến dạng cong vênh của sản phẩm từ 0,3mm xuống 0,05mm.

2, Hệ thống thử nghiệm ở các quy mô khác nhau
1. Thử nghiệm ở quy mô vi mô
Nghiên cứu kim loại học có thể cho thấy các đặc tính cấu trúc vi mô độc nhất vô nhị của in 3D. Với kính hiển vi kim loại Olympus BX53M, bạn có thể nhìn thấy các hạt dạng cột mịn được tạo ra bằng quy trình nấu chảy bột nền bằng laser (LPBF). Những hạt này nhỏ hơn 50% so với những hạt được làm bằng phương pháp đúc thông thường. Cấu trúc vi mô này làm cho vật liệu có khả năng xử lý mỏi nhiệt tốt hơn nhiều. Sau 10^6 chu kỳ nhiệt, một thử nghiệm nhất định đã chứng minh rằng khuôn in 3D vẫn có cấu trúc ranh giới hạt hoàn chỉnh, trong khi khuôn truyền thống có vết nứt rõ ràng.

Máy đo độ xốp xâm nhập thủy ngân Micromeritics AutoPore V được sử dụng để xác định độ xốp. Nó có thể tìm thấy chính xác vị trí của lỗ chân lông trong khuôn. Thử nghiệm khuôn cấy ghép y tế chỉ ra rằng bằng cách thay đổi cài đặt in, độ xốp có thể giảm từ 0,5% xuống 0,08% và kích thước lỗ hầu hết nằm trong khoảng từ 1 đến 5 μm. Cấu trúc dày này ngăn môi trường làm mát rò rỉ và làm cho khuôn chắc chắn hơn.

2. Thử nghiệm trên quy mô lớn
Giám sát động bằng hình ảnh nhiệt là một cách dễ dàng để xem các khuôn được làm mát đồng đều như thế nào. Camera chụp ảnh nhiệt FLIR T{1}} có thể cho bạn thấy nhiệt độ trên bề mặt khuôn thay đổi như thế nào theo thời gian thực. Nó có độ phân giải 640 × 480 và có thể nhìn thấy nhiệt độ từ -40 độ đến 1500 độ. Khi thử nghiệm một khuôn đầu xi lanh động cơ ô tô nhất định, các nhà nghiên cứu đã so sánh hình ảnh ảnh nhiệt của máy in 3D và khuôn truyền thống. Họ phát hiện ra rằng độ lệch chuẩn phân bố nhiệt độ của khuôn in 3D chỉ là 1,2 độ, thấp hơn 75% so với khuôn truyền thống. Điều này cho thấy thiết kế mạch nước làm mát phù hợp đã tạo ra sự khác biệt lớn trong cân bằng nhiệt.

Máy kiểm tra độ mỏi MTS 370.10 được sử dụng để kiểm tra tuổi thọ mỏi. Nó mô phỏng hiệu suất của khuôn sẽ thay đổi như thế nào sau 1 triệu chu kỳ nóng và lạnh với phạm vi tải ± 25kN. 3D Thép khuôn in giữ được 90% độ cứng ban đầu sau 500.000 chu kỳ, trong khi khuôn truyền thống mất 30% độ cứng trong cùng điều kiện. Điều này là do công nghệ in 3D loại bỏ sự tập trung ứng suất bên trong.

3, Sử dụng các kỹ thuật kiểm tra mới nhất
1. Công nghệ song sinh kỹ thuật số
Một mô hình song sinh kỹ thuật số của quy trình làm mát khuôn có thể được tạo ra bằng cách kết hợp phần mềm phân tích dòng khuôn Moldflow với các phương pháp học máy. Một nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình AI có thể đoán sự phân bố nhiệt độ, tốc độ và áp suất trong một khu vực nhất định bằng cách huấn luyện trên 36.000 bộ dữ liệu dạng vây được tham số hóa. Kết quả dự kiến ​​của mô hình rất phù hợp với dữ liệu thử nghiệm thực tế, với tỷ lệ chính xác 95%. Điều này tốt hơn 40% so với các phương pháp thực nghiệm tiêu chuẩn và giảm thời gian làm khuôn.

2. Mạng lưới cảm biến cực nhỏ
Việc đặt một dãy cảm biến nhiệt độ và áp suất vi mô bên trong khuôn có thể cho phép bạn theo dõi quá trình làm mát trong thời gian thực. Một nghiên cứu cụ thể đã sử dụng 24 cảm biến MEMS trong bộ trao đổi nhiệt cực nhỏ được in 3D-để đo thành công sự thay đổi nhiệt độ cục bộ 0,1 độ, cung cấp hỗ trợ dữ liệu chính xác cho việc quản lý kênh. Kỹ thuật này rất phù hợp để tạo ra các khuôn-có độ chính xác cao trong ngành hàng không vũ trụ. Ví dụ, khuôn vòi phun của động cơ tên lửa kiểm soát sự thay đổi nhiệt độ trong vùng tập trung ứng suất nhiệt trong phạm vi ± 5 độ thông qua mạng cảm biến.

4. Tiêu chuẩn, tiêu chí kiểm nghiệm trong ngành
ISO 23499-2017, "Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cho in 3D kim loại" được xuất bản bởi Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO). Nó đặt ra tiêu chuẩn để đánh giá hiệu suất làm mát. Thử nghiệm độ dẫn nhiệt phải tuân theo tiêu chuẩn ASTM E1461, thử nghiệm giảm áp suất phải tuân theo thông số kỹ thuật ISO 527-2 và thử nghiệm tuổi thọ mỏi phải tuân theo tiêu chuẩn ISO 1217. Tại Trung Quốc, các tiêu chuẩn như GB/T 39251-2020 "Phương pháp mô tả đặc tính bột kim loại trong sản xuất bồi đắp" cung cấp cho ngành này một bộ đầy đủ các thông số kỹ thuật.