Các phương pháp kiểm tra chất lượng cho các thành phần in kim loại là gì?

, Đặc tính cấu trúc vi mô: Khám phá 'mã di truyền' của các thuộc tính vật liệu.
Các tính chất cơ học vĩ mô của các thành phần in kim loại bị ảnh hưởng trực tiếp bởi cấu trúc vi mô của chúng, bao gồm kích thước hạt, định hướng và thành phần pha. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và nhiễu xạ ngược điện tử (EBSD) là các phương pháp truyền thống để phát hiện, tuy nhiên chúng có vấn đề bao gồm chi phí cao và thời gian xử lý lâu dài. Sự kết hợp giữa hình ảnh quang học và công nghệ học máy trong những năm gần đây đã mở ra một cách mới để nhanh chóng phân tích các cấu trúc vi mô.
1. Học máy và hình ảnh quang học
Một nhóm người từ Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore đã nghĩ ra một hệ thống phát hiện giá rẻ sử dụng máy ảnh quang học, đèn và máy tính xách tay. Khắc hóa chất cho thấy cấu trúc vi mô của bề mặt kim loại và các thuật toán học máy nhìn vào các mẫu được tạo ra bởi ánh sáng phản xạ trên các bề mặt tinh thể riêng biệt để tạo ra "bản đồ định hướng tinh thể". Phương pháp này có thể thực hiện kiểm tra trong 15 phút và chỉ tốn 1/40 EBSD điển hình. Nó là tốt cho việc nhanh chóng kiểm tra các bộ phận quan trọng như lưỡi tuabin và hỗ trợ hàng không.
2. Phân tích kính hiển vi kim loại
Sau khi làm các mẫu kim loại của các bộ phận in, sử dụng kính hiển vi kim loại để xem xét cấu trúc vi mô của chúng. Ví dụ, các mặt hàng được in làm bằng hợp kim titan nên có cấu trúc pha kép nhất quán +. Nếu bạn thấy martensite thô hoặc cấu trúc nhiều lớp, điều đó có nghĩa là có một vấn đề với việc xử lý nhiệt. Đối với một dự án Blade Engine Blade nhất định, nghiên cứu kim loại cho thấy một số nơi có hạt thô không phải là bình thường. Bằng cách thay đổi công suất laser và tốc độ quét, kích thước hạt được giữ trong vòng 50 μm.
3. X - nhiễu xạ tia (xrd)
XRD có thể đo thành phần pha và ứng suất dư của các bộ phận in một cách chính xác. Chẳng hạn, tỷ lệ phần trăm thể tích của 'pha trong các phần được in làm bằng niken - dựa trên High - Hợp kim nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến sức mạnh của chúng ở nhiệt độ cao. XRD có thể đo lường sự hiện diện của nó một cách đáng tin cậy. Ngoài ra, việc phát hiện ứng suất dư giúp ngăn các bộ phận uốn cong hoặc nứt khi căng thẳng được giải phóng trong quá trình sử dụng.
2, Phát hiện lỗ hổng nội bộ: Một cách để xem bên trong "Hộp đen"
Những lý do chính khiến các bộ phận in kim loại thất bại là vì chúng có lỗ hổng nội tại như lỗ chân lông, khe nứt và thiếu phản ứng tổng hợp. Kiểm tra siêu âm và thử nghiệm X quang là hai phương pháp thử nghiệm phá hủy không phải - có khó khăn trong việc tìm kiếm các bộ phận hình học phức tạp. Micro CT và kính hiển vi quét siêu âm nước (SAM) đã trở thành công cụ rất quan trọng để giải quyết thách thức này.
1. Micro CT (Micro CT)
Micro CT sử dụng các tia X - để đi qua các bộ phận và thu thập dữ liệu trình chiếu để tạo mô hình thứ ba-. Mô hình này có thể tìm thấy các vết nứt dài ít nhất 10 μm và lỗ chân lông rộng ít nhất 5 μm. Một doanh nghiệp làm cho cấy ghép y tế sử dụng micro CT để tìm cốc khớp hông hợp kim titan và thấy rằng tuyến đường dòng nội thất đã bị chặn bởi bột còn sót lại. Bằng cách tốt - Điều chỉnh cài đặt in, tỷ lệ tắc nghẽn giảm từ 12% xuống 0,5%. Micro CT cũng có thể đánh giá các yếu tố hình học như độ dày thành và bao nhiêu bộ phận thay đổi hình dạng với độ chính xác là 5 μm.
2. Kính hiển vi quét sử dụng công nghệ siêu âm INSIONION (SAM)
SAM quét tất cả các bộ phận theo tất cả các hướng bằng cách sử dụng đầu dò siêu âm tần số- (5MHz - 70MHz) và tạo ra hình ảnh độ phân giải cao bằng cách nhìn vào các tín hiệu phản xạ của sóng siêu âm ở giao diện lỗi. Trong quá trình kiểm tra phần radar in 3D, Sam đã tìm thấy một vết nứt bên trong sâu 12 mm và rộng 0,3mm. Thử nghiệm siêu âm truyền thống chỉ có thể tìm thấy các lỗ hổng gần bề mặt.
3. Kiểm tra siêu âm laser (LUT)
LUT sử dụng các xung laser để làm cho sóng siêu âm di chuyển, và nó tìm thấy lỗi bằng cách chọn các tín hiệu bật ra khỏi các cảm biến. Cách tiếp cận này không cần các tác nhân khớp nối và hoạt động tốt để tìm kiếm các mảnh cong. Một dự án cho vòi phun nhiên liệu động cơ hàng không đã sử dụng phát hiện LUT để tìm vết nứt vi mô 0,5mm trong kênh làm mát bên trong. Độ chính xác phát hiện là 0,1mm.
3, Kiểm tra độ chính xác hình học: Đảm bảo rằng các mô hình kỹ thuật số và các vật phẩm vật lý giống nhau
Độ chính xác hình học của các bộ phận in kim loại có ảnh hưởng trực tiếp đến việc chúng phù hợp với nhau và chúng hoạt động tốt như thế nào. Máy đo tọa độ tiêu chuẩn (CMM) không tốt trong việc tìm thấy các bề mặt phức tạp, nhưng các công nghệ quét 3D có thể tìm thấy chúng một cách nhanh chóng và chính xác mà không cần chạm vào chúng.
1. 3 d quét với ánh sáng có cấu trúc
Sử dụng các máy quét ánh sáng có cấu trúc chính xác cao - (như XTOM-5M) để lấy dữ liệu đám mây điểm từ các góc khác nhau, so sánh nó với mô hình CAD gốc để tạo sắc ký và hiển thị sự khác biệt kích thước một cách trực quan. Một lần quét 3D của một động cơ xe hơi nhất định cho thấy độ dày thành cục bộ là 0,2mm quá dày trong quá trình kiểm tra. Tỷ lệ đủ điều kiện thứ nguyên đã tăng từ 85% lên 98% bằng cách thay đổi độ dày của lớp in và cấu trúc hỗ trợ.
2. Đo lường bằng trình theo dõi laser
Máy theo dõi laser có thể tìm thấy độ chính xác động của các bộ phận lớn, như khung máy bay, bằng cách đo tọa độ không gian của quả bóng đích được phản ánh. Máy theo dõi laser đã tìm thấy một biến dạng 0,3mm trong một phần cấu trúc của tàu vũ trụ khi nó được in. Biến dạng được giữ trong vòng 0,1mm bằng cách điều chỉnh nhiệt độ của chất nền và đường in.
4, Đánh giá hiệu suất cơ học: Kiểm tra hiệu suất từ ​​phòng thí nghiệm đến môi trường dịch vụ
Thử nghiệm tiêu chuẩn phải được sử dụng để kiểm tra chất lượng cơ học của các bộ phận in kim loại, chẳng hạn như độ bền kéo, tuổi thọ mỏi và độ bền tác động. Kiểm tra độ bền kéo và kiểm tra tác động vẫn là những cách phổ biến để đánh giá mọi thứ, nhưng trong công nghệ kiểm tra tình huống - cho chúng ta một cách mới để xem xét hiệu suất.
1. Kiểm tra độ bền kéo
Tạo các mẫu tiêu chuẩn đáp ứng tiêu chuẩn ASTM E8 và kiểm tra cường độ năng suất, độ bền kéo và độ giãn dài của chúng. Thử nghiệm độ bền kéo của một phần được in hợp kim nhôm nhất định chỉ ra rằng nó có thể xử lý 320MPa độ bền kéo và 18% độ giãn dài, đó là những bộ phận cấu trúc hàng không cần.
2. Kiểm tra mệt mỏi
Sử dụng một máy kiểm tra mỏi uốn quay để xem các bộ phận kéo dài bao lâu khi chúng nằm dưới các tải khác nhau. Thử nghiệm ứng suất của lưỡi in hợp kim titan chỉ ra rằng giới hạn mệt mỏi của nó là 450MPa, thấp hơn 10% so với giới hạn cho các lưỡi dao giả điển hình. Để làm cho vật liệu tốt hơn trong việc xử lý sự mệt mỏi, cần phải loại bỏ các lỗ hổng bên trong bằng cách điều trị áp trễ (hông) nóng.
3. Công nghệ thử nghiệm tại chỗ
Cách tiếp cận kết hợp độ bền kéo situ trong - có thể thấy các vết nứt bắt đầu và lan truyền trong thời gian thực khi vật liệu được kéo dài. Trong thử nghiệm tại chỗ của một phần in hợp kim dựa trên niken - cho thấy các vết nứt có xu hướng bắt đầu trong khu vực không hợp nhất. Bằng cách tốt - Điều chỉnh các cài đặt in, số lượng lỗi không sử dụng đã bị cắt giảm 80%và tuổi thọ mỏi được tăng gấp ba.
5, Sử dụng các công nghệ phát hiện trong ứng dụng hợp nhất để xây dựng một hệ thống điều khiển vòng lặp được đóng chất lượng -
Việc kiểm tra chất lượng cho các bộ phận in kim loại cần phải xảy ra ở mỗi bước của quy trình, từ thiết kế đến in đến bài đăng - xử lý. Ví dụ, kế hoạch thử nghiệm cho buồng đốt của một động cơ máy bay nhất định như sau:
Trước khi in, hãy sử dụng máy phân tích kích thước hạt bột (như Malvern Mastersizer 3000) để tìm ra phân bố kích thước hạt bột và đảm bảo rằng D50 nằm trong khoảng từ 45 đến 60 m.
In ấn: Sử dụng LUT để theo dõi trạng thái của nhóm nóng chảy trong thời gian thực và thay đổi công suất laser để tránh làm cho độ xốp;
Micro CT tìm thấy các lỗ hổng bên trong, kiểm tra quét 3D kiểm tra độ chính xác hình học và kiểm tra độ bền kéo kiểm tra các đặc tính cơ học sau khi in.
Trước khi phục vụ: Thực hiện kiểm tra ăn mòn và kiểm tra độ bền nhiệt độ- cao để đảm bảo rằng các bộ phận sẽ hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt.