כיצד לשלוט באיכות הדפסת תלת מימד מתכת בייצור ציוד אנרגיה?

1. האופי הייחודי של ייצור ציוד אנרגיה הופך את בקרת האיכות לחשובה יותר.
ישנם שלושה דברים עיקריים שהופכים ציוד אנרגיה לקשה. ראשית, לחומרים יש תכונות מאוד קיצוניות. לדוגמה, להבי טורבינת גז צריכים להיות מסוגלים להתמודד עם טמפרטורות של 1500 מעלות ולחץ של 300 MPa. שנית, המבנים מאוד מסובכים. למשל, למחולל הקיטור בתחנת כוח גרעינית יש עשרות אלפי צינורות עדינים. שלישית, סביבת השירות נעשתה קשוחה יותר. לדוגמה, ציוד כוח רוח ימי צריך להיות מסוגל לעמוד בפני קורוזיה של התזת מלח ונזקי טייפון. תכונות אלה הופכות את בקרת האיכות בהדפסת תלת מימד מתכת קשה פי שלושה:
שליטה ביציבות תכונות החומר: בנסיבות עבודה קשות, אסור שהחלקים המודפסים ייכשלו בדרכים כמו זחילה ושבר עייפות. לדוגמה, להבי טורבינת גז העשויים מסגסוגת מבוססת Inconel 718 ניקל- זקוקים לטיפול בלחיצה איזוסטטית חמה (HIP) כדי להיפטר מנקבוביות פנימיות ולגרום ללהבים להחזיק מעמד יותר מפעמיים מאשר יציקות רגילות.
בקרת לולאה סגורה דיוק גיאומטרי-: עבור חלקים מדויקים כמו מנגנוני הנעה של מוטות הבקרה בכורים גרעיניים, יש לשמור על סובלנות הגודל בתוך ± 0.05 מ"מ. חברה אחת הוסיפה לציוד ה-SLM שלה מערכת מדידת אינטרפרומטריית לייזר כדי שתוכל לתקן שגיאות בצורה ומיקום בזמן אמת בזמן ההדפסה. זה העלה את שיעור ההסמכה של המימד המכריע מ-82% ל-97%.
כיסוי מלא של מציאת פגמים: הטכנולוגיה מאחורי סריקת CT תעשייתית יכולה למצוא תקלות מיקרו-חור בקוטר של 0.02 מ"מ ומעלה וליצור מודלים תלת-ממדיים של מוצרים מודפסים. חברה שמייצרת ציוד כוח רוח מקימה מסד נתונים של פגמים והשתמשה באלגוריתמים של למידת מכונה כדי להסתכל בצורה חכמה על תמונות CT. זה קיצץ את הזמן שלוקח למצוא פגמים מ-4 שעות ל-20 דקות.
2. ארבעת עמודי התווך של מערכת בקרת האיכות של כל התהליך
(1) בקרה על ביצועי החומר במקור
שלוש בדיקות לגבי איכות האבקה: הגדר מערכת לניהול קבוצות של אבקה כך שתוכל לבדוק את ההרכב הכימי (באמצעות ICP-זיהוי AES), את התפלגות גודל החלקיקים (באמצעות שיטת עקיפה בלייזר), ואת יכולת הזרימה (באמצעות מד זרם הול) בכל אצווה של אבקת מתכת. חברה אחת שמייצרת ציוד אנרגיה אומרת שגודל החלקיקים D50 של אבקת נירוסטה 316L צריך להיות בין 25 ל-35 מיקרומטר, קצב הזרימה של Hall צריך להיות פחות או שווה ל-25s/50g, ותכולת החמצן צריכה להיות פחות או שווה ל-0.05%.
בניית מסד נתונים של חומרים: צור מסד נתונים של פרמטרים של תהליך עם 12 סגסוגות המשמשות לעתים קרובות בתחום האנרגיה. מסד נתונים זה צריך לכלול מידע חשוב כמו צורת בריכת ההיתוך והסבירות של קבוצות אבקה שונות להסתגר בצפיפות אנרגיה מסוימת. לדוגמה, מסד הנתונים חושף כי ניתן להגיע לצפיפות (99.2%) וחוזק מתיחה (320MPa) הטובים ביותר עבור סגסוגת האלומיניום AlSi10Mg עם הספק לייזר של 350W ומהירות סריקה של 1200 מ"מ לשנייה.
(2) בקרה על תהליך ההדפסה בזמן אמת
סימולציה של אינטראקציה בין שדות פיזיים מרובים: אנו משתמשים בתוכנת ANSYS Workbench כדי לבצע סימולציות של צימוד מכאני תרמי בתהליך ההדפסה ולהבין כיצד יתפשט הלחץ השיורי. חברה שמייצרת ציוד כוח גרעיני השתמשה באופטימיזציה של סימולציה כדי לשנות את כיוון ההדפסה מציר Z- לזווית של 45 מעלות. זה הוריד את קצב הכיווץ של ציר Z- מ-0.8% ל-0.3% והפך בעיות קילוף בין-שכבות להרבה פחות שכיחות.
שימוש במערכת בקרת-לולאה סגורה: הכנס מדחום אינפרא אדום ומצלמת ניטור בריכת נמס בציוד SLM כך שיוכל לתת לך מידע בזמן אמת-על הגודל (שגיאה ± 10 מיקרומטר) והטמפרטורה (שגיאה ± 5 מעלות ) של בריכת ההיתוך. אם רוחב הבריכה המותכת עובר את הערך שנקבע מראש ב-15%, המערכת משנה אוטומטית את עוצמת הלייזר ואת מהירות הסריקה כדי לשמור על יציבות הבריכה המותכת.
(3) שליטה מדויקת בטכנולוגיית עיבוד שלאחר-
אופטימיזציה של תהליך הטיפול בחום: הליך חישול דו-שלבי הומצא עבור חלקים מודפסים מסגסוגת טיטניום Ti6Al4V. הצעד הראשון הוא לשנות את הפאזה ב-920 מעלות למשך שעתיים. השלב השני הוא חידוד מבנה הפאזה + ב-730 מעלות למשך 4 שעות. חוזק העייפות של החלקים המודפסים עלה ב-40% לאחר עיבוד זה, והגיע ל-680MPa.
אינטגרציה של טכנולוגיית שינוי פני השטח: טכניקת חמצון מיקרו קשת (MAO) מייצרת ציפוי קרמי בעובי 50 מיקרומטר על פני השטח של חלקים שעלולים להיתקל בהם, כולל מיסבי תיבת הילוכים של טורבינות רוח ימיות. זה מגדיל את משך הזמן שהם יכולים לעמוד בפני קורוזיה בתרסיס מלח מ-500 שעות ליותר מ-2000 שעות.
(4) שיפור חכם בקרת איכות
תערובת של טכנולוגיות בדיקה שאינן-הרסניות: הגדר מערכת בדיקות שלוש-שכוללת "CT תעשייתי, מערך מדורג על-קולי ובדיקות זרם מערבולת". ראשית, השתמש ב-CT תעשייתי (רזולוציה של 10 מ') כדי לסרוק את כל תא הבעירה של טורבינת הגז, שקוטרו 200 מ"מ. לאחר מכן, השתמש בבדיקות אולטרסאונד מדורגות בסדר (רזולוציה 0.1 מ"מ) כדי לבדוק אזורים שנראים חשודים. לבסוף, השתמש בבדיקת זרם מערבולת כדי לבדוק אם יש סדקים על פני השטח.
כיצד להשתמש בטכנולוגיית התאומים הדיגיטליים: צור עותקים דיגיטליים של חלקים מודפסים ועקוב אחר מצבם בזמן אמת. חברה ספציפית הוסיפה אלגוריתם חיזוי חיי עייפות למודל התאומים הדיגיטליים שלהם. זה יכול לתת הודעה מוקדמת של 6 חודשים על סיכוני התמוטטות ציוד מסוימים ולצמצם את זמן ההשבתה הבלתי מתוכנן ב-65%.

https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-airplane-engine-stand.html