Jak vyhodnotit únavovou životnost kovových 3D tištěných dílů?

1. Standardizované testování: Nastavení měřítka pro hodnocení
Mezinárodní organizace pro standardizaci (ISO) a Americká společnost pro hodnocení a materiály (ASTM) stanovily základní pravidla pro posouzení únavové životnosti kovových 3D tištěných položek. Standard ASTM E466-21 je jedním z nich. Standardně standardizuje tvar, velikost, metodu nakládání a metodiku sběru dat ve vzorcích testů, aby vědci mohli testovat životnost axiální únavy kovových slitin. Tento standard říká:
Příprava vzorku: Postupy tání laseru (SLM) nebo tání elektronového paprsku (EBM) se používají k tisku standardních válcových tyčí nebo vzorků zakřiveného paprsku, aby se zajistilo, že rozměry jsou správné. Například jedna firma leteckého motoru změnila nastavení tisku tak, aby drsnost povrchu vzorků TI6AL4V šla z RA 12 μm na RA 3,2 μm. To výrazně snížilo šanci na koncentraci stresu.
Kontrola životního prostředí: Chcete -li zabránit vlivům životního prostředí v ovlivňování chování únavy, pozor na teplotu testovacího prostředí (± 2 stupň), vlhkosti (± 5% RH) a koncentraci kyslíku. Například při testování vzorků z nerezové oceli 316L v prostředí solného spreje je nutné replikovat podmínky oceánu pro posouzení výkonu odolnosti proti únavě koroze.
Sběr a analýza dat: Použití statistických metod k vytvoření S - N křivek k nalezení limitu únavy materiálových podmínek můžete monitorovat doba cyklu, reakci napětí a čas zlomeniny v reálném čase. Výrobce zdravotnických prostředků testoval svůj 3D tištěným umělým kloubem z kobaltového chromu z kobaltu a zjistil, že jeho únavová síla je více než 95% pevnosti padělaných částí.
2. Charakterizace vad: Zjištění, co způsobilo selhání
Vnitřní nedostatky mají velký účinek na to, jak dlouho mohou vydržet kovové 3D tištěné předměty. Studie prokázaly, že rozměry, umístění a zarovnání nevyužitých nedostatků, pórů a neomezených částic jsou kritickými determinanty při nástupu únavových trhlin. Například póry ve slitině ti6al4v, které jsou více než 50 μm široké, mohou snížit únavovou životnost o více než 60%. Proto musíme použít přístupy detekce měřítka multi -} k plnému popisu defektů:
Testování, které nepoškodí objekt: x - Ray Počítačová tomografie (CT) se používá k měření množství poréznosti a rozdělení poruch. Ultrazvukové testování se také používá k nalezení problémů při spojení mezi vrstvami. Specifický dodavatel leteckých složek objevený prostřednictvím skenování CT, které zdokonalování skenovacího přístupu může snížit porozitu z 0,8% na 0,2%.
Analýza kovů: Sledujte změnu mikrostruktury a podívejte se, jak tepelné zpracování ovlivňuje velikost zrn a složení fází. Například horké isostatické lisování (HIP) může zdobit alfa fázová zrna ti6al4v slitiny menší než 5 μm, což výrazně zvyšuje odolnost proti únavě.
Měření zbytkového napětí: Použijte metodu laserového malého otvoru nebo metodu X - RAY Difrakce k nalezení zbytkového napětí na povrchu a vidět, jak to ovlivňuje rychlost, při které se trhliny šíří. Určitý výrobce automobilů použil výstřel k přidání -400MPA zbytkového tlakového napětí, což způsobilo, že kola z hliníkových slitin vydržela třikrát déle.
3, Optimalizace procesu: Správa rizik u zdroje
Nastavení procesu tisku má přímý vliv na charakteristiky mikrostruktury a defektů součástí. Únava Life může být výrazně vylepšena jemnou - nastavení ladění a post - Zpracování:
Řízení hustoty energie: Chcete -li minimalizovat stříkající poruchy způsobené příliš malou nebo příliš velkou energií, měli byste upravit laserový výkon, rychlost skenování a tloušťku vrstvy. Například společnost použila experimentální design DOE k zjištění, že nejlepší hustota energie pro tisk SLM 316L z nerezové oceli je 80J/mm ³, což je o 25% silnější proti únavě.
Optimalizace směru konstrukce: Make anisotropie má menší účinek na únavovou výkonnost. Například únavová životnost vzorků v tahu, které jsou kolmé k tiskové vrstvě, je o 40% nižší než u vzorků, které jsou s ním rovnoběžné. To lze výrazně zlepšit změnou úhlu, pod kterým jsou části umístěny.
Technologie pro post - Zpracování:
Horké isostatické lisování (HIP) se zbaví vnitřních pórů a zvyšuje únavovou sílu slitiny Ti6AL4V ze 450 MPA na 620 MPA.
Ošetření povrchu: Aby byl povrch plynulejší, používá se leštění vibrací nebo elektrochemické leštění. Poté se používá výstřel k přidání zbytkového tlakového napětí. Například únavová životnost konkrétní čepele letadlového motoru je 1,2krát větší než kovaná položka po kombinaci výstřelu a leštění vibrací.
4. digitální dvojče: Předpovídání a kontrola uzavřené smyčky
Projekt amerického ministerstva obrany použije k vytvoření uzavřeného systému smyčky pro monitorování tiskového procesu a predikci jeho dlouhověkosti.
Real - Časové monitorování teploty taveniny, akumulace tepla a vývoje defektů pomocí kombinace optických, infračervených a akustických senzorů. Například akustický senzor společnosti Addiguru může vyzvednout drobné změny zvukových vln uvnitř kovů a najít póry, které mají průměr 20 μm nebo větší.
Modelování digitálního dvojče: Vytvářejte virtuální kopie každé části, sledujte vady a testujte, jak fungují za různého tlaku. Software Janovského softwaru Alphastar používá simulaci mikrostruktury a mechaniku zlomenin, aby uhodl, jak dlouhé díly budou trvat pod 10 cyklů, s mírou chyb menší než 10%.
Testování v laboratoři: Použijte testování únavy, abyste se ujistili, že model je správný. Auburn University testovala 3D tištěné vzorky Ti6AL4V 10krát a zjistila, že očekávaná životnost digitálního dvojčata odpovídala skutečné hodnotě o 92%.
5. Průmyslová praxe: Učení z minulých případů
GE Aviation používá technologii SLM k tisku palivových trysek Leap Engine v leteckém průmyslu. Tyto trysky vydrží dvakrát tak dlouho jako tradiční kované části a bez selhání letěly déle než 10 milionů hodin.
V lékařské oblasti Johnson & Johnson 3D tištěné kobaltové chromové chrom slitiny kyčelních kloubů, které prošly 10 cyklů při testování únavy, které napodobovaly lidské prostředí. To je mnohem lepší než průmyslový standard 5 × 10 cyklů.
V automobilovém průmyslu zaměstnává skupina BMW 3D tištěné vodní bundy z hliníkových slitin, které jsou díky optimalizaci topologie o 40% lehčí. Používají také tepelné ošetření T6 k jejich trvání více než 2000 hodin, což je ideální pro motory, které běží ve velmi tvrdých podmínkách.