כיצד לבצע בדיקת איכות לאחר הדפסת תלת מימד מתכת?

一, טכנולוגיית בדיקה לא-הרסנית: הסתכלות על דברים מבחוץ כדי למצוא פגמים פנימיים
הדרך העיקרית לבדוק את האיכות של הדפסת תלת מימד מתכת היא על ידי בדיקות לא-הרסניות (NDT), שיכולות למצוא פגמים פנימיים מבלי להשפיע על מבנה הפריטים. בהתבסס על עקרונות זיהוי ברורים, ניתן לחלק את הטכנולוגיות הנפוצות ביותר לארבע קבוצות:
1. Micro CT, או טומוגרפיה ממוחשבת תעשייתית
Micro CT משתמש בקרני X-כדי לעבור בין חלקים ולקבל נתונים ממספר זוויות. לאחר שחזור על ידי מחשב, הוא יוצר תמונות טומוגרפיות תלת-ממדיות שיכולות למצוא פגמים ברזולוציה של מיקרומטר. מערכת Micro CT עם מקור קרני X- של 450kV יכולה למצוא נקבוביות בקוטר של 0.02 מ"מ בתוך ראש צילינדר מסגסוגת אלומיניום ולמדוד דברים כמו נקבוביות ואורך הסדק. היתרונות העיקריים שלו הם:
בדיקת מימד מלא: יכול למצוא גם פגמים פנימיים (כמו סדקים ונקבוביות) וגם סטיות גיאומטריות כלפי חוץ (כמו עובי דופן ועיוות) בחלקים בו-זמנית.
כימות עם דיוק גבוה: טכנולוגיית שחזור תלת מימד יכולה להעריך נכונה את הגודל, המיקום וצפיפות ההפצה של הפגמים.
פעולה ללא-מגע: אל תפגע שוב בחלקים מדויקים.
2. בדיקת רנטגן (RT)
על פי תקן GB/T 35351 עבור "בדיקה לא הרסנית של חומרים מתכתיים - בדיקות רדיוגרפיות", בדיקות רדיוגרפיות מוצאות פגמים פנימיים על ידי התבוננות בשינויים באופן שבו קרני X-או קרני גמא עוברות דרך חלקים. לדוגמה, בזמן בדיקת להבי תעופה מסגסוגת טיטניום, בדיקות רנטגן יכולות למצוא בעיות בין השכבות שאינן-היתוך ולמדוד רגישות לזיהוי באמצעות מחווני איכות תמונה (IQI). יש לו כמה בעיות, כמו:
הגבלת יכולת החדירה: חומרים בצפיפות- גבוהה, כמו סגסוגות טונגסטן, זקוקים למקורות קרינה באנרגיה גבוהה-;
מגבלות של הדמיה דו-ממדית-: תחזיות חופפות יכולות להסתיר בעיות בחלקים מבניים מסובכים.
3. בדיקה באמצעות גלי קול (UT)
בדיקות אולטרסאונד משתמשות בדרך שבה גלי קול בתדר גבוה- קופצים ועוברים דרך חלקים כדי למצוא פגמים קרובים- לפני השטח כמו סדקים ותכלילים. לדוגמה, טכנולוגיית האולטרה-סאונד של מערך שלבים (PAUT) עשויה למצוא ולצלם במהירות פגמים בתבניות נירוסטה 316L תוך שימוש בבדיקות מרובות-אלמנטים. חלק מהתכונות שלו הן:
רגיש מאוד: יכול למצוא סדקים קטנים עד כמה מיקרונים;
תלות כיוונית: יש להגדיר את זווית הגשושית בדיוק עבור הגיאומטריה של החלק.
4. בדיקה עם לייזר אולטרסאונד (LUT)
LUT משתמשת בפולסי לייזר כדי לגרום לגלי מתח לנוע על פני החלקים ומוצאת פגמים על ידי התבוננות כיצד גלי קול נעים דרכם. צוות האוניברסיטה הטכנולוגית של נאניאנג בנה מערכת אולטרסאונד לייזר שיכולה למצוא סדקים בחלקי סגסוגת טיטניום תוך 15 דקות ברזולוציה של 0.1 מ"מ. שיטה זו טובה למציאת חלקים מעוקלים קשים באינטרנט.
2, בדיקת איכות המשטח, ממבנה המיקרו ועד לצורה המקרוסקופית
לאיכות פני השטח של מוצרי מתכת מודפסים בתלת-ממד יש השפעה ישירה על משך הזמן שלהם ועד כמה הם עמידים בפני קורוזיה. יש לבדוק את המידות הבאות במהלך בדיקת פני השטח:
1. מדידת חספוס המשטח
כדי למצוא את סטיית הממוצע האריתמטי (Ra) של פרופיל פני השטח של החלק, השתמש במד חספוס פני השטח כמו סדרת MarSurf. לדוגמה, ערך Ra פני השטח של חלקי סגסוגת טיטניום Ti6Al4V המיוצרים בשיטת SLM הוא בדרך כלל בין 6 ל-10 מיקרומטר. כדי לעמוד בתקני התעופה, יש להוריד ערך זה לפחות מ-0.8 מיקרומטר באמצעות ליטוש אלקטרוליטי.
2. ניתוח המיקרומבנה
השתמש במיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM) כדי להסתכל על מבנה הגרגירים של החלקים, הרכב הפאזה ומורפולוגיה של הפגם. לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) יכולה לשנות את הצורה של חפצים מסגסוגת אלומיניום, ותמונות SEM יכולות להדגים זאת.
3. בדיקת האיפור הכימי
כדי לגלות אילו כימיקלים יש בחתיכות, השתמש בספקטרומטר קרני רנטגן (XRF) או בספקטרומטר מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS). לדוגמה, בדיקת סטיית התוכן של Cr, Co, W ואלמנטים אחרים בסגסוגות-על בסיס ניקל בטמפרטורה גבוהה- שהודפסו בתלת-ממד כדי לוודא שהן עומדות בתקן ASTM F3001.
3, בדיקת ביצועים מכניים: בדיקת כמה משקל חלקים יכולים להחזיק
חשוב לאמת את האיכויות המכניות של חפצי מתכת מודפסים בתלת-ממד כדי לוודא שהם עומדים בקנה אחד:
1. בדיקת חוזק מתיחה
תקן GB/T 228.1 אומר להשתמש במכונת בדיקה אוניברסלית כדי לבדוק את חוזק המתיחה של החלקים (Rm), חוזק התפוקה (Rp0.2) והתארכות (A). לדוגמה, ה-Rm של חלקי נירוסטה 17-4PH המיוצרים בשיטת SLM חייב להיות 1000MPa ומעלה.
2. בדיקת עייפות
השתמש במכונת בדיקת עייפות כיפוף סיבובית, כמו מכונת בדיקת R-R, כדי לראות כמה זמן חלקים מחזיקים מעמד כשהם תחת עומס מחזורי. לדוגמה, מחברי תעופה צריכים לעבור 10 מחזורים של בדיקת עומס, וקצב התפשטות הסדקים צריך להיות פחות מ-1 × 10⁻⁶ מ"מ/מחזור.
3. בדיקת קשיות
אתה יכול להשתמש בודק קשיות של Vickers (HV) או בודק קשיות של Rockwell (HRC) כדי לגלות עד כמה קשיח פני השטח של פריטים. לדוגמה, להבי טורבינה צריכים חלקים עשויים מ-Inconel 718 בעלי ערך HV של 450-500 כשהם מודפסים בטכנולוגיית DMLS.
4, פרקטיקה בתעשייה: מגמות בתקינה ומודיעין
1. בניית מערכת תקינה לאומית
שלושת התקנים הלאומיים להדפסה תלת מימדית (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 ו-GB/T 45667-2025) שנכנסו לתוקף בספטמבר 2025 נותנים לתעשייה דרך אחת לשפוט איכות. לדוגמה, GB/T 45675 אומר כיצד להעריך את חספוס פני השטח של חלקי SLM ודורש ששגיאת החזרה של זיהוי ערך Ra תהיה פחות או שווה ל-5%.
2. שימוש בטכנולוגיות גילוי חכמות
השימוש בלמידת מכונה ובינה מלאכותית הופך את הגילוי ליעיל יותר. לדוגמה, האוניברסיטה הטכנולוגית של Nanyang יצרה מערכת ניתוח כיוון גבישים המבוססת על הדמיה אופטית- שיכולה לסיים את הערכת המיקרו-מבנה של חלקי סגסוגת טיטניום תוך 15 דקות בלבד ועולה רק 1/10 משיטת SEM.
3. בקרת איכות לכל התהליך
חברות מובילות הקימו מערכת לולאה סגורה-ל"משוב על בדיקות עיצוב הדפסה". לדוגמה, GE Aviation הוסיפה מערכת ניטור-במקום לציוד ה-SLM שלה. זה מאפשר להם לשנות את עוצמת הלייזר ומהירות הסריקה בזמן אמת, מה שהוריד את שיעור הכשל ברכיבים מ-8% לפחות מ-0.5%.