¿Cómo realizar una inspección de calidad después de la impresión 3D en metal?

一, Tecnología de pruebas no-destructivas: mirar las cosas desde el exterior para encontrar fallas internas.
La principal forma de comprobar la calidad de la impresión 3D en metal es mediante pruebas no-destructivas (NDT), que pueden encontrar defectos internos sin afectar la estructura de los artículos. Basándose en distintos principios de detección, las tecnologías más comunes se pueden clasificar en cuatro grupos:
1. Micro CT o tomografía computarizada industrial
Micro CT emplea rayos X-para atravesar piezas y obtener datos desde múltiples ángulos. Después de ser reconstruido por una computadora, crea-imágenes tomográficas tridimensionales que pueden encontrar defectos con una resolución de micrómetros. Un sistema Micro CT con una fuente de rayos X- de 450 kV puede encontrar poros con un diámetro de 0,02 mm dentro de una culata de aleación de aluminio y medir aspectos como la porosidad y la longitud de la grieta. Sus principales beneficios son:
Inspección dimensional completa: puede encontrar tanto defectos interiores (como grietas y poros) como aberraciones geométricas exteriores (como espesor de pared y deformación) en piezas al mismo tiempo.
Cuantificación con alta precisión: la tecnología de reconstrucción 3D puede estimar correctamente el tamaño, la ubicación y la densidad de distribución de los defectos.
Operación sin-contacto: no vuelva a dañar las piezas de precisión.
2. Pruebas radiográficas (RT)
Según el estándar GB/T 35351 para "Pruebas no destructivas de materiales metálicos - Pruebas radiográficas", las pruebas radiográficas encuentran fallas internas al observar los cambios en la forma en que los rayos X-o los rayos gamma pasan a través de las piezas. Por ejemplo, al comprobar las palas de aviación de aleación de titanio, las pruebas radiográficas pueden encontrar problemas de no fusión entre capas y medir la sensibilidad de detección utilizando indicadores de calidad de imagen (IQI). Tiene algunos problemas, tales como:
Limitación de la capacidad de penetración: los materiales de alta-densidad, como las aleaciones de tungsteno, necesitan fuentes de radiación de alta-energía;
Limitaciones de las imágenes bidimensionales-: las proyecciones superpuestas pueden ocultar problemas en piezas estructurales complicadas.
3. Pruebas utilizando ondas sonoras (UT)
Las pruebas ultrasónicas utilizan la forma en que las ondas sonoras de alta-frecuencia rebotan y viajan a través de las piezas para encontrar defectos cerca-de la superficie, como grietas e inclusiones. Por ejemplo, la tecnología ultrasónica de matriz en fase (PAUT) puede encontrar y fotografiar rápidamente fallas en moldes de acero inoxidable 316L utilizando sondas multi-elementos. Algunos de sus rasgos son:
Muy sensible: puede encontrar grietas tan pequeñas como unas pocas micras;
Dependencia direccional: el ángulo de la sonda debe ajustarse exactamente a la geometría de la pieza.
4. Pruebas con Láser Ultrasónico (LUT)
LUT emplea pulsos láser para hacer que las ondas de tensión se muevan sobre la superficie de las piezas y encuentra defectos observando cómo se mueven las ondas sonoras a través de ellas. El equipo de la Universidad Tecnológica de Nanyang construyó un sistema láser ultrasónico que puede encontrar grietas en piezas de aleación de titanio en 15 minutos con una resolución de 0,1 mm. Este método es bueno para encontrar piezas curvas difíciles en línea.
2, comprobando la calidad de la superficie, desde la microestructura hasta la forma macroscópica.
La calidad de la superficie de los productos metálicos impresos en 3D tiene un impacto directo en su duración y su resistencia a la corrosión. Durante la inspección de la superficie se deben comprobar las siguientes dimensiones:
1. Medir la rugosidad de la superficie.
Para encontrar la desviación media aritmética (Ra) del perfil de la superficie de la pieza, utilice un medidor de rugosidad superficial como la serie MarSurf. Por ejemplo, el valor Ra superficial de las piezas de aleación de titanio Ti6Al4V fabricadas mediante el método SLM está normalmente entre 6 y 10 μm. Para cumplir con los estándares de la aviación, este valor debe reducirse a menos de 0,8 μm mediante pulido electrolítico.
2. Análisis de la microestructura
Utilice microscopía electrónica de barrido (SEM) para observar la estructura de grano, la composición de fases y la morfología de los defectos de las piezas. El prensado isostático en caliente (HIP) puede cambiar la forma de los objetos de aleación de aluminio y las fotografías SEM pueden demostrarlo.
3. Prueba de la composición química
Para saber qué sustancias químicas hay en las piezas, utilice un espectrómetro de fluorescencia de rayos X (XRF) o un espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Por ejemplo, comprobar la desviación del contenido de Cr, Co, W y otros elementos en aleaciones de alta temperatura-a base de níquel-que se han impreso en 3D para que cumplan con la norma ASTM F3001.
3. Prueba del rendimiento mecánico: comprobar cuánto peso pueden soportar las piezas.
Es importante verificar las cualidades mecánicas de los objetos metálicos impresos en 3D para asegurarse de que estén a la altura:
1. Prueba de resistencia a la tracción
El estándar GB/T 228.1 dice que se debe utilizar una máquina de prueba universal para verificar la resistencia a la tracción (Rm), el límite elástico (Rp0.2) y el alargamiento (A) de las piezas. Por ejemplo, el Rm de piezas de acero inoxidable 17-4PH fabricadas con el método SLM debe ser de 1000 MPa o superior.
2. Prueba de fatiga
Utilice una máquina de prueba de fatiga por flexión rotativa, como una máquina de prueba R-R, para ver cuánto duran las piezas cuando están sometidas a tensión cíclica. Por ejemplo, los sujetadores de aviación deben pasar por 10 ciclos de pruebas de carga y la tasa de propagación de grietas debe ser inferior a 1 × 10⁻⁶ mm/ciclo.
3. Prueba de dureza
Puede utilizar un probador de dureza Vickers (HV) o un probador de dureza Rockwell (HRC) para determinar qué tan dura es la superficie de los artículos. Por ejemplo, las palas de las turbinas necesitan piezas hechas de Inconel 718 que tengan un valor HV de 450 a 500 cuando se imprimen con tecnología DMLS.
4, Práctica de la industria: tendencias en estandarización e inteligencia
1. Construyendo un sistema de estándares nacional
Los tres estándares nacionales para la impresión 3D (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 y GB/T 45667-2025) que entraron en vigor en septiembre de 2025 brindan a la industria una forma única de juzgar la calidad. Por ejemplo, GB/T 45675 dice cómo evaluar la rugosidad de la superficie de las piezas SLM y requiere que el error de repetibilidad de detección del valor Ra sea inferior o igual al 5%.
2. Uso de tecnologías de detección inteligentes
El uso del aprendizaje automático y la inteligencia artificial está haciendo que la detección sea más eficiente. Por ejemplo, la Universidad Tecnológica de Nanyang creó un sistema de análisis de orientación de cristales basado en imágenes ópticas-que puede finalizar la evaluación de la microestructura de piezas de aleación de titanio en solo 15 minutos y cuesta solo 1/10 del método SEM.
3. Control de calidad de todo el proceso
Empresas líderes han creado un sistema-de circuito cerrado para "comentarios sobre pruebas de impresión de diseños". Por ejemplo, GE Aviation ha agregado un-sistema de monitoreo in situ a su equipo SLM. Esto les permite cambiar la intensidad del láser y la velocidad de escaneo en tiempo real, lo que ha reducido la tasa de falla de los componentes del 8% a menos del 0,5%.