Kako preizkusiti učinkovitost hlajenja kovinskih kalupov za 3D tiskanje?

一, Glavni deli testiranja učinkovitosti hlajenja
1. Testiranje termodinamične učinkovitosti
Merjenje toplotne prevodnosti je pomemben način za ugotavljanje, kako dobro materiali prenašajo toploto. Metoda laserskega bliska ASTM E1461 lahko natančno oceni toplotno difuzivnost materialov kalupov med -100 in 500 stopinjami Celzija. Raziskovalna skupina je testirala 3D natisnjeno kalupno jeklo H13 in odkrila, da je njegova toplotna prevodnost 28,5 W/(m · K), kar je 12 % več od standardnih postopkov kovanja. To je zato, ker 3D-tiskanje ustvari edinstveno drobnozrnato strukturo.

Glavni cilj analize toplotne odpornosti je ugotoviti, kako dobro kalup prenaša toploto. Če želite izdelati zemljevide temperaturnega gradienta v oblaku, lahko postavite termočlene na pomembne točke kalupa in uporabite tehnologije infrardečega toplotnega slikanja, da jih združite. Preizkus, ki ga je opravilo določeno podjetje, ki izdeluje avtomobilske dele, kaže, da temperatura njihovega 3D-natisnjenega jedra kalupa-za tlačno litje aluminijeve zlitine ostane znotraj ± 3 stopinj po izdelavi 1000 kalupov zapored. To je 60 % nižje od tradicionalnih kalupov.

2. Testiranje dinamike tekočin
Testiranje karakteristike padca tlaka je dober način, da ugotovite, ali je zasnova kroga hladilne vode razumna. Naprava za kalibracijo pretoka Micronics PT100 lahko pravilno zazna izgubo tlaka v vodni poti, ko je pretok med 0,1 in 100 L/min. Študija primera kalupa za elektronsko embalažo je pokazala, da je 3D-natisnjen spiralni kanal za hladilno vodo padel le 0,8 kPa pri pretoku 20 L/min, kar je bilo 45 % manj kot tradicionalni kanal za vrtalno vodo. To kaže, da je njegova zasnova kanala bolj v skladu z načeli dinamike tekočin.

Za preskus enakomernosti pretoka se uporablja več{0}}kanalno omrežje senzorjev pretoka. Raziskovalna skupina je postavila 12 mest za spremljanje pretoka v zapletenem 3D-natisnjenem kalupu z votlinami. Opazili so, da se odstopanje pretoka vsakega kanala ohranja znotraj ± 2 %, da se zagotovi enakomerna porazdelitev hladilnega medija. Ta preskusni postopek je zelo dober za visoko{8}}natančne kalupe, ki se uporabljajo v vesoljski industriji. Na primer, satelitski podporni kalup, ki je izboljšal vzorec vodne poti, da je zmanjšal deformacijo izdelka z 0,3 mm na 0,05 mm.

2, Sistem za testiranje na različnih lestvicah
1. Testiranje na mikroskopskem merilu
Metalografska študija lahko pokaže-edine--mikrostrukturne lastnosti 3D-tiskanja. Z metalografskim mikroskopom Olympus BX53M lahko vidite fina stebričasta zrna, ki so bila izdelana s postopkom laserskega taljenja prahu (LPBF). Ta zrna so več kot 50 % manjša od tistih, izdelanih s tipičnimi metodami litja. Zaradi te mikrostrukture je material veliko boljši pri soočanju s toplotno utrujenostjo. Po 10 ^ 6 termičnih ciklih je določen test pokazal, da imajo 3D natisnjeni kalupi še vedno popolno mejno strukturo zrn, medtem ko so imeli tradicionalni kalupi jasne razpoke.

Za ugotavljanje poroznosti se uporablja živosrebrni vdorni porozimeter Micromeritics AutoPore V. Lahko pravilno ugotovi, kje so pore v kalupu. Preskus kalupa za medicinske vsadke je pokazal, da je mogoče s spreminjanjem nastavitev tiska poroznost znižati z 0,5 % na 0,08 %, velikost por pa je večinoma med 1 in 5 μm. Ta debela struktura preprečuje puščanje hladilnega medija in naredi kalup močnejši.

2. Testiranje v velikem obsegu
Dinamično spremljanje s toplotnim slikanjem je preprost način za ugotavljanje, kako enakomerno se kalupi ohlajajo. Termovizijska kamera FLIR T865 vam lahko pokaže, kako se temperatura na površini kalupa spreminja v realnem času. Ima ločljivost 640 × 480 in lahko vidi temperature od -40 stopinj do 1500 stopinj. Pri testiranju določenega kalupa glave cilindra avtomobilskega motorja so raziskovalci primerjali termične slike 3D-tiskanja in tradicionalnih kalupov. Ugotovili so, da je standardna deviacija porazdelitve temperature kalupa za 3D tiskanje le 1,2 stopinje, kar je 75 % nižje kot pri tradicionalnem kalupu. To je pokazalo, da je konformna zasnova tokokroga hladilne vode povzročila veliko razliko v toplotnem ravnovesju.

Stroj za preizkušanje utrujenosti MTS 370.10 se uporablja za preizkus življenjske dobe ob utrujenosti. Simulira, kako bi se zmogljivost kalupa spremenila po 1 milijonu vročih in hladnih ciklov z razponom obremenitve ± 25 kN. 3D natisnjeno kalupno jeklo po 500.000 ciklih ohrani 90 % svoje prvotne trdote, medtem ko tradicionalni kalupi pod enakimi pogoji izgubijo 30 % svoje trdote. To je zato, ker tehnologija 3D tiskanja odpravi koncentracijo notranje napetosti.

3, Uporaba najnovejših tehnik testiranja
1. Tehnologija digitalnih dvojčkov
Digitalni dvojni model procesa hlajenja kalupa je mogoče izdelati s kombiniranjem programske opreme za analizo toka kalupa Moldflow z metodami strojnega učenja. Študijska skupina je zgradila model umetne inteligence, ki lahko ugane porazdelitev temperature, hitrosti in tlaka na določenem območju z urjenjem na 36.000 nizih parametriranih podatkov o obliki plavuti. Predvideni rezultati modela se dobro ujemajo z resničnimi podatki testiranja s 95-odstotno stopnjo natančnosti. To je 40 % boljše od standardnih empiričnih metod in skrajša čas, potreben za izdelavo kalupa.

2. Mreža drobnih senzorjev
Namestitev niza senzorjev mikro temperature in tlaka v kalup vam bo morda omogočila, da spremljate proces hlajenja v realnem času. Posebna študija je uporabila 24 senzorjev MEMS v 3D-natisnjenem majhnem toplotnem izmenjevalniku za uspešno merjenje lokalnih temperaturnih sprememb za 0,1 stopinje, kar je zagotovilo natančno podatkovno podporo za upravljanje kanalov. Ta tehnika je odlična za izdelavo visoko{6}}natančnih kalupov v vesoljski industriji. Na primer, kalup za šobo raketnega motorja, ki nadzoruje temperaturne spremembe v območju koncentracije toplotne obremenitve znotraj ± 5 stopinj prek omrežja senzorjev.

4. Standardi in merila za testiranje v industriji
Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO) je objavila standard ISO 23499-2017, »Standard ocenjevanja kakovosti za 3D-tiskanje kovin«. Postavlja standard za ocenjevanje učinkovitosti hlajenja. Preskus toplotne prevodnosti mora slediti standardu ASTM E1461, preskus padca tlaka mora slediti specifikaciji ISO 527-2, preskus življenjske dobe ob utrujenosti pa standardu ISO 1217. Na Kitajskem standardi, kot je GB/T 39251-2020 "Karakterizacijske metode za lastnosti kovinskega prahu v aditivni proizvodnji", dajejo industriji celoten sklop tehničnih specifikacij.