¿Cuáles son los métodos de inspección de calidad para los componentes de impresión de metales?

一, Caracterización de la microestructura: descubrir el 'código genético' de los atributos del material.
Las propiedades mecánicas macroscópicas de los componentes de impresión metálica están directamente influenciadas por su microestructura, incluido el tamaño del grano, la orientación y la composición de fase. La microscopía electrónica de barrido (SEM) y la difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) son métodos tradicionales para la detección, sin embargo, tienen problemas que incluyen altos costos y largos tiempos de procesamiento. La combinación de imágenes ópticas y tecnología de aprendizaje automático en los últimos años ha abierto una nueva forma de analizar rápidamente las microestructuras.
1. Aprendizaje automático e imágenes ópticas
Un grupo de personas de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur ha ideado un sistema de detección barato que utiliza cámaras ópticas, lámparas y computadoras portátiles. El grabado químico revela la microestructura de la superficie del metal, y los algoritmos de aprendizaje automático observan los patrones hechos por la luz reflejada en distintas superficies de cristal para generar un "mapa de orientación de cristal". Este método puede hacer la inspección en 15 minutos y cuesta solo 1/40 de EBSD típico. Es bueno para revisar rápidamente piezas importantes como cuchillas de turbina y soportes de aviación.
2. Análisis de un microscopio metalográfico
Después de hacer muestras metalográficas de las piezas impresas, use un microscopio metalográfico para ver su microestructura. Por ejemplo, los elementos impresos hechos de aleación de titanio deben tener una estructura consistente de + fase dual. Si ve martensita gruesa o una estructura en capas, significa que había un problema con el tratamiento térmico. Para cierto proyecto de cuchilla de motor de aviones, la investigación metalográfica mostró que algunos lugares tenían granos gruesos que no eran habituales. Al cambiar la potencia del láser y la velocidad de escaneo, el tamaño del grano se mantuvo dentro de 50 μm.
3. X - Ray Difraction (XRD)
XRD puede medir la composición de fase y el estrés residual de las piezas impresas de manera precisa. Por ejemplo, el porcentaje de volumen de la fase 'en piezas impresas hechas de níquel -} basada en la aleación de temperatura - influye directamente en su fuerza a altas temperaturas. XRD puede medir de manera confiable su presencia. Además, la detección de estrés residual ayuda a evitar que las piezas se doblen o agrietan cuando se libera el estrés durante el uso.
2, Detección de defectos internos: una forma de ver dentro de la "caja negra"
Las principales razones por las cuales fallan las piezas de impresión de metales son porque tienen defectos intrínsecos como poros, fisuras y falta de fusión. Las pruebas ultrasónicas y las pruebas radiográficas son dos métodos tradicionales de prueba destructivos que no tienen problemas que tienen problemas para encontrar piezas geométricas complejas. La micro CT y el microscopio de escaneo ultrasónico de inmersión en el agua (SAM) se han convertido en herramientas muy importantes para resolver este desafío.
1. Micro CT (Micro CT)
Micro CT emplea rayos x - para pasar por partes y recopilar datos de proyección para hacer un modelo dimensional de tres -. Este modelo puede encontrar grietas que tienen al menos 10 μm de largo y poros que tienen al menos 5 μm de ancho. Un negocio que realiza implantes médicos empleó micro CT para encontrar tazas de articulación de cadera de aleación de titanio y descubrió que la ruta del flujo interior estaba bloqueada por el polvo sobrante. Por bien - ajustando la configuración de impresión, la tasa de bloqueo disminuyó del 12% al 0.5%. La micro CT también puede evaluar factores geométricos como el grosor de la pared y cuánto cambian las piezas con una precisión de 5 μm.
2. Escaneo de microscopía utilizando la tecnología ultrasónica de inmersión (SAM)
SAM escanea todas las partes en todas las direcciones utilizando un transductor ultrasónico de frecuencia alto (5MHz - 70MHz) y hace imágenes de alta resolución mirando las señales reflejadas de las ondas ultrasónicas en la interfaz de falla. Durante la inspección de una parte de radar impresa en 3D, Sam encontró una grieta interior que tenía 12 mm de profundidad y 0.3 mm de ancho. Las pruebas ultrasónicas tradicionales solo pueden encontrar defectos que están cerca de la superficie.
3. Pruebas ultrasónicas láser (LUT)
LUT emplea pulsos láser para hacer que las ondas ultrasónicas se muevan, y encuentra fallas al recoger señales que rebotan en los sensores. Este enfoque no necesita agentes de acoplamiento y funciona bien para encontrar piezas curvas. Un proyecto para una boquilla de combustible del motor de aviación utilizó la detección de LUT para encontrar una micro crack de 0.5 mm en el canal de enfriamiento interior. La precisión de detección fue de 0.1 mm.
3, Verificación de precisión geométrica: asegurarse de que los modelos digitales y los elementos físicos sean los mismos
La precisión geométrica de las piezas de impresión de metal tiene un efecto directo en qué tan bien encajan y qué tan bien funcionan. Las máquinas de medición de coordenadas estándar (CMM) no son muy buenas para encontrar superficies complicadas, pero las tecnologías de escaneo 3D pueden encontrarlas de manera rápida y precisa sin tocarlas.
1. 3 D Escaneo con luz estructurada
Usando escáneres de luz estructurados de precisión High - (como el XTOM-5M) para obtener datos de nubes de puntos desde diferentes ángulos, compare con el modelo CAD original para hacer cromatogramas y mostrar diferencias de tamaño visualmente. Un escaneo 3D de un determinado montaje del motor del automóvil mostró que el grosor de la pared local era de 0.2 mm demasiado grueso durante el examen. La tasa de calificación dimensional aumentó del 85% al ​​98% al cambiar el grosor de la capa de impresión y la estructura de soporte.
2. Medición con un rastreador láser
El rastreador láser puede encontrar la precisión dinámica de piezas enormes, como los marcos de avión, midiendo las coordenadas espaciales de la bola objetivo que se refleja. El rastreador láser encontró una distorsión de 0.3 mm en una parte estructural de una nave espacial mientras se imprimía. La distorsión se mantuvo dentro de 0.1 mm ajustando la temperatura del sustrato y la ruta de impresión.
4, Evaluación del desempeño mecánico: verificar el rendimiento del laboratorio al entorno de servicio
Las pruebas estandarizadas deben usarse para verificar las cualidades mecánicas de las piezas de impresión de metales, como la resistencia a la tracción, la vida útil de la fatiga y la dureza del impacto. Las pruebas de tracción y las pruebas de impacto siguen siendo formas comunes de evaluar las cosas, pero en - la tecnología de prueba situ nos brinda una nueva forma de ver el rendimiento.
1. Prueba de resistencia a la tracción
Haga muestras estándar que cumplan con el estándar ASTM E8 y prueben su resistencia de rendimiento, resistencia a la tracción y alargamiento. La prueba de tracción de una parte impresa de aleación de aluminio indicó que podría manejar 320MPa de resistencia a la tracción y el 18% de alargamiento, que es lo que las partes estructurales de aviación necesitan.
2. Prueba de fatiga
Use una máquina de prueba de fatiga de flexión rotacional para ver cuánto duran las piezas cuando están bajo diferentes cargas. La prueba de estrés de una cuchilla impresa de aleación de titanio indicó que su límite de fatiga es de 450MPa, que es 10% más bajo que el límite para las cuchillas forjadas típicas. Para mejorar el material para manejar la fatiga, se requiere eliminar el tratamiento de fallas internas mediante el tratamiento de presión isostática (cadera).
3. Tecnología para realizar pruebas in situ
El enfoque de combinación SEM de tensión SEM de tensión situ de - puede ver cómo las grietas comienzan y se extienden en tiempo real a medida que se estira el material. Las pruebas in situ de una parte impresa de aleación basada en níquel - mostraron que las grietas tienden a comenzar en el área que no está fusionada. Por bien - ajustando la configuración de impresión, el número de fallas no fusionadas se redujo en un 80%y la vida de fatiga se triplicó.
5, utilizando tecnologías de detección en una aplicación de fusión para construir un sistema de control de bucle cerrado -}}
La verificación de calidad para las piezas de impresión de metal debe ocurrir en cada paso del proceso, desde el diseño hasta la impresión hasta el procesamiento de -. Por ejemplo, el plan de prueba para la cámara de combustión de un motor de avión dado es el siguiente:
Antes de imprimir, use un analizador de tamaño de partícula de polvo (como el Malvern Mastersizer 3000) para descubrir la distribución del tamaño de partículas de polvo y asegúrese de que D50 esté entre 45 y 60 μ m.
Impresión: usando LUT para vigilar el estado de la piscina fundida en tiempo real y cambiar la potencia del láser para evitar hacer porosidad;
Micro CT encuentra defectos internos, verificaciones de escaneo 3D, precisión geométrica y pruebas de tracción verifica las características mecánicas después de la impresión.
Antes del servicio: haga una prueba de corrosión y una alta prueba de resistencia de temperatura - para asegurarse de que las piezas funcionen bien en condiciones extremas.