כיצד לבדוק את החוזק של תבניות הדפסה תלת מימד ממתכת?

一, השיטה העיקרית לבדיקת כוח
בדיקות חוזק של תבניות מתכת להדפסה תלת-ממדית חייבות לכלול שלושה מימדים: תכונות חומר, מיקרו-מבנה ובקרת פגמים, יצירת לולאת בדיקה רב-רב-מפלסית ורב-ממדית.
1. בדיקת הביצועים המכניים: אינדקס חוזק כמותי
בדיקת מתיחה: השתמש בציוד בדיקה אוניברסלי כדי להפעיל עומס מתיחה צירי על חומר התבנית. זה יגיד לך את חוזק המתיחה (UTS), חוזק התנובה (YS) והתארכות בשבירה (EL). לדוגמה, תבניות סגסוגת טיטניום חייבות לעמוד בתקן ASTM E8, וה-UTS שלהן חייב להיות בין 800 ל-1000 MPa, בעוד שה-YS שלהן חייב להיות לפחות 700 MPa.
בדיקת דחיסה: בדקו עד כמה התבנית יציבה כשהיא דחוסה. בדיקה זו שימושית במיוחד לתמיכה במבנים או רכיבים בעלי קירות עבים. לדוגמה, יש להשתמש בתקן GB/T 7314 כדי לבדוק את חוזק הלחיצה של תבניות סגסוגת אלומיניום כדי לוודא שהן אינן מתכופפות כאשר הן נוצרות בלחץ גבוה.
בדיקת הכיפוף של שלוש-או ארבע-נקודות מתבצעת כדי לראות עד כמה התבנית קשיחה כשהיא מתכופפת ועד כמה חזק הקשר בין השכבות. בדיקת חוזק הכיפוף של תבניות נירוסטה לפי ISO 14125 היא אחת הדרכים למנוע מהתקלפות בין השכבות לגרום לכשל.
בדיקת פגיעה: השתמש במכונת בדיקת פנדל מטוטלת כדי לחקות עומסים דינמיים ולגלות עד כמה התבנית עמידה (לדוגמה, אנרגיית הפגיעה של חריץ Charpy V-). לדוגמה, התבנית עבור להבי מנועי תעופה חייבת לעמוד בתקן ASTM E23 כדי לוודא שהיא לא נשברת בקלות בעת שימוש במצבים קשים.
בדיקת עייפות: השתמש במכונת בדיקת עייפות-תדירות גבוהה כדי לדמות עומסי מחזור ולהבין כמה זמן התבנית תחזיק מעמד לפני שהוא יתעייף. תבניות לרכב, למשל, חייבות לעמוד בתקן ISO 12107 ולהיות בעלות מגבלת עייפות של לפחות 300 MPa כדי להתמודד עם הלחצים של הטבעה בלחץ גבוה-לטווח ארוך.
2. ניתוח מיקרו-מבנה: לגלות מה מאפשר כוח
השתמש במיקרוסקופ מטאלוגרפי (OM) כדי להסתכל על גודל הגרגירים של התבנית, הרכב הפאזה והממשק הבין-שכבתי. לדוגמה, לתבניות המיוצרות עם SLM (המסת לייזר סלקטיבית) יש לרוב גרגירים מיקרוסקופיים שוות-צירים, מה שהופך אותם לחזקים ביותר מ-30% מיציקות סטנדרטיות.
מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM): ראה כיצד סדקים מתחילים ומתפשטים, וחפש פגמים כמו חוסר היתוך ונקבוביות. לדוגמה, SEM צריך לבדוק תבניות EBM (המסת קרן אלקטרונים) כדי לוודא שהן אינן נקבוביות מדי (פחות או שווה ל-0.5%) וכדי למנוע ריכוז מתח.
עקיפה של פיזור לאחור של אלקטרונים (EBSD): מדוד את ההבדל בכיוון הגביש (ערך KAM) ובדוק עד כמה החומר יכול לעוות באופן מקומי. לדוגמה, מקומות עם ערכי KAM גבוהים עשויים לפתח סדקים, ויש צורך בטיפול בחום כדי לשפר את הכיוון של הגרגרים.
3. מצא פגמים: היפטר מסיכוני כוח נסתרים
סריקת CT לתעשייה: בדיקת פגמים פנימיים בעובשים שאינם פוגעים בהם, כמו נקבוביות, סדקים ונקודות בהן העובש לא התמזג במלואו. לדוגמה, תבניות תעופה חייבות לעמוד בתקן ISO 17637 כדי לוודא שהפגמים אינם גדולים מ-0.1 מ"מ ושסדקי עייפות אינם מתפשטים.
בדיקת אולטרסאונד (UT) מוצאת תקלות שנמצאות עמוק בפנים, והיא עובדת בצורה הטובה ביותר על תבניות עם קירות עבים. לדוגמה, תבניות לוחות לרכב חייבות לעמוד בתקן ASTM E233 על מנת למצוא פגמים פנימיים בעומק של לפחות 50 מ"מ.
ספקטרוסקופיה קרני רנטגן (XRF): בדוק במהירות את ההרכב הכימי של התבנית כדי לוודא שתכולת היסודות היא מה שהיא צריכה להיות. תבניות סגסוגת מבוססות-ניקל, למשל, חייבות לעמוד בתקן ISO 3497 כדי לשמור על טווחי המרכיבים הקריטיים כמו Cr ו-Mo מתחת ל-0.5%.
2, מערכת תקני בדיקה לשימוש בינלאומי וגם מקומי
יש לבדוק את חוזק תבניות מתכת להדפסה תלת מימדית על פי תקנים בינלאומיים ומקומיים מחמירים כדי לוודא שניתן להשוות את הנתונים ושהכללים מתקיימים.
1. תקנים מכל העולם
ISO/ASTM 52900: קובע הגדרות וסיווגים למינוח הדפסת תלת מימד, ומציע בסיס בסיסי לבדיקות חוזק.
ISO 23499: קובע את הסטנדרטים לדיוק המימד ואיכות פני השטח של פריטים מודפסים בתלת מימד מתכת. יש לכך השפעה עקיפה על בדיקות החוזק.
ASTM E8/E23/E466: אלו הם התקנים העיקריים לבדיקת חוזק עובש. הם אומרים לך איך לעשות מבחני מתיחה, פגיעה ועייפות.
2. תקנים לבית
GB/T 39251: הבהירו את הכללים להכנה ושימוש בדוגמאות עבור בדיקות מתיחה, דחיסה, כיפוף ובדיקות אחרות של התכונות המכניות של חומרי מתכת מודפסים בתלת מימד.
GB/T 39651: מפרט את השלבים לבדיקה והערכת חלקי ייצור תוספים למתכת, כולל אופן סיווג הפגמים והגדרת קריטריוני קבלה.
QB/T 5696: תקן זה מדבר על האיכות של חומרי הדפסת תלת מימד ממתכת ומציב דרישות מיוחדות לדברים כמו גודל ויכולת זרימה של חלקיקי אבקה, המשפיעים על חוזק התבנית בצורה עקיפה.
3, בעיות טכניות חשובות וכיצד לתקן אותן
כדי להפוך תבניות מתכת להדפסה תלת-ממדית חזקות יותר, עלינו למצוא דרכים להתמודד עם בעיות כמו אניזוטרופיה, מתח שיורי ואיכות פני השטח. ניתן לעשות זאת באמצעות טכנולוגיה חדשה ותהליכים טובים יותר.
1. שליטה באניזוטרופיה
החוזק של תבניות מודפסות בתלת מימד משתנה בהתאם לכיוון ההדפסה (אורכי, רוחבי, אלכסוני). לדוגמה, החוזק האורך של תבניות שנוצרו ב-SLM יכול להיות גבוה ב-20% מהחוזק הרוחבי.
פתרון: שפר את אופן הסריקה: השתמש בלוח דמקה או נתיב סריקה ספירלה כדי להפוך את השינויים במתח התרמי על פני שכבות פחות בולטים.
חיזוק שלאחר-עיבוד: לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) מסירה נקבוביות, מעלה את צפיפות העובש ליותר מ-99.9%.
בדיקה רב-כיוונית: דגימות נלקחות בשלושה כיוונים שונים-אורך, רוחבי ואלכסוני-כדי לוודא שהחוזק המינימלי עומד בתקני התכנון.
2. ניהול מתח שיורי בעיה: כאשר הדפסת תלת מימד מתקררת מהר מדי, היא עלולה לצבור מתח שיורי, מה שעלול לגרום לעובש להתכופף או להתנפץ.
פתרון: חישול הפגת מתח: שמור אותו ב-500-600 מעלות למשך שעתיים עד 4 שעות כדי להשתחרר מהלחץ הפנימי.
הלם בלייזר עושה שימוש בקרני לייזר-באנרגיה גבוהה כדי לשנות את צורת המשטח, להוסיף לחץ שיורי דחיסה ולגרום לחומר לשרוד זמן רב יותר.
ניטור מקוון: שימוש בחיישני סיבים אופטיים-מובנים כדי לפקוח עין על התפלגות המתח בזמן אמת ולשנות את הגדרות ההדפסה לפי הצורך.
3. איכות פני שטח טובה יותר בעיה: חספוס פני השטח (Ra) של תבניות מודפסות בתלת מימד הוא בדרך כלל 10-20 מיקרומטר, מה שמקל על ניפוץ.
תְשׁוּבָה:
ליטוש מכני: מכונת ליטוש CNC עשויה להוריד את Ra לפחות מ-0.8 מיקרומטר, מה שהופך את פני השטח לחזק יותר.
ליטוש כימי: שימוש בשטיפת חומצה או ליטוש אלקטרוליטי כדי להיפטר מפגמי משטח קטנים ולהפוך את המשטח לעמיד יותר בפני קורוזיה.
חיטוי ירי: תהליך זה מוסיף שכבה של לחץ לחיצה שיורי על פני השטח על ידי פגיעה בו עם קליעים- במהירות גבוהה. זה הופך אותו לעמיד יותר לעייפות.
4, תיאור מקרה ופרקטיקה בתעשייה
מקרה 1: תבנית ללהב של מנוע מטוס
סגסוגת-בטמפרטורה גבוהה-על בסיס ניקל (Inconel 718) היא החומר.
מוקד המבחן:
חוזק טמפרטורה גבוהה: תקן GB/T 4338 אומר שיש לבדוק את חוזק המתיחה ב-650 מעלות כדי לוודא שהוא לפחות 800 MPa.
ביצועי עייפות תרמית: השתמש ב-ISO 12111 כדי לבדוק את קצב התפשטות השבר במהלך מחזורי עצירה של-התנעת המנוע.
מבנה מיקרו: השתמש ב-EBSD כדי להסתכל על ההתפלגות של השלב ולוודא שגודל שלב החיזוק קטן או שווה ל-50 ננומטר. זה יהפוך את החומר ליציב יותר בטמפרטורות גבוהות.
התבנית מחזיקה מעמד פי שלושה מיציקות סטנדרטיות, וזה מה שצריך כדי למנועי מטוסים לעבוד במשך 100,000 שעות.
מקרה 2: תבנית לכיסוי רכב
חומר: פלדה עם חוזק גבוה (H13)
מה לבדוק:
עמידות בפני שחיקה: תקן ASTM G65 בודק את כמות הבלאי כדי לוודא שהיא קטנה או שווה ל-0.1 גרם/1000 סיבובים.
עמידות בפני פגיעה: אנרגיית הפגיעה של Charpy חייבת להיות לפחות 30 J, בהתאם לתקן ISO 148.
דיוק מידות: השתמש בבדיקת CMM כדי לוודא שאי דיוק משטח התבנית קטן או שווה ל-0.05 מ"מ.
התבנית מחזיקה מעמד ל-500,000 מחזורי הטבעה, שהם ארוכים ב-50% מתבניות אחרות.