Kako preizkusiti trdnost kovinskih kalupov za 3D tiskanje?

一, glavna metoda za testiranje trdnosti
Preizkušanje trdnosti kovinskih kalupov za 3D-tiskanje mora zajemati tri dimenzije: lastnosti materiala, mikrostrukturo in nadzor napak, kar ustvarja več-nivojsko in več{2}}dimenzionalno preskusno zanko.
1. Preizkušanje mehanske zmogljivosti: Indeks kvantitativne trdnosti
Preskus natezne trdnosti: uporabite univerzalno opremo za testiranje, da aksialno natezno obremenite material kalupa. To vam bo povedalo njegovo natezno trdnost (UTS), mejo tečenja (YS) in raztezek ob pretrgu (EL). Na primer, kalupi iz titanove zlitine morajo izpolnjevati standard ASTM E8 in njihov UTS mora biti med 800 in 1000 MPa, medtem ko mora biti njihov YS najmanj 700 MPa.
Preskus stiskanja: Preverite, kako stabilen je kalup, ko je stisnjen. Ta preizkus je še posebej uporaben za nosilne strukture ali komponente z debelimi stenami. Na primer, standard GB/T 7314 je treba uporabiti za preverjanje tlačne trdnosti kalupov iz aluminijeve zlitine, da se zagotovi, da se ne upognejo, ko se oblikujejo pod visokim pritiskom.
Tri{0}} ali štiri{1}}točkovni upogibni preizkus se izvede, da se ugotovi, kako tog je kalup, ko se upogiba, in kako močna je vez med plastmi. Preizkušanje upogibne trdnosti kalupov iz nerjavečega jekla v skladu z ISO 14125 je eden od načinov, kako preprečiti, da bi luščenje vmesnega sloja povzročilo okvaro.
Preizkus udarca: Uporabite stroj za preskušanje udarca z nihalom, da posnemate dinamične obremenitve in ugotovite, kako odporen je kalup (na primer udarna energija Charpy V-zareze). Na primer, kalup za lopatice letalskih motorjev mora izpolnjevati standard ASTM E23, da se zagotovi, da se pri uporabi v težkih razmerah ne zlomi zlahka.
Preskus utrujenosti: uporabite-stroj za visokofrekvenčno testiranje utrujenosti, da simulirate ciklične obremenitve in ugotovite, kako dolgo bo kalup zdržal, preden se utrudi. Avtomobilski kalupi morajo na primer izpolnjevati standard ISO 12107 in imeti mejo utrujenosti najmanj 300 MPa, da prenesejo obremenitve dolgotrajnega-visoko-tlačnega žigosanja.
2. Analiza mikrostrukture: ugotavljanje, kaj omogoča trdnost
Z metalografskim mikroskopom (OM) si oglejte velikost zrn kalupa, fazno sestavo in vmesnik vmesnega sloja. Na primer, kalupi, izdelani s SLM (selektivnim laserskim taljenjem), imajo pogosto mikroskopska enakoosna zrna, zaradi česar so več kot 30 % močnejši od standardnih ulitkov.
Vrstični elektronski mikroskop (SEM): Poglejte, kako se razpoke začnejo in širijo, in poiščite pomanjkljivosti, kot sta pomanjkanje fuzije in poroznost. Na primer, SEM mora preveriti kalupe EBM (taljenje z elektronskim žarkom), da se prepriča, da niso preveč porozni (manj kot ali enako 0,5 %) in da prepreči koncentracijo napetosti.
Difrakcija povratnega sipanja elektronov (EBSD): Izmerite razliko v kristalni orientaciji (KAM vrednost) in preizkusite, kako dobro se lahko material lokalno deformira. Na primer, na mestih z visokimi vrednostmi KAM se bodo verjetno pojavile razpoke in toplotna obdelava je potrebna za izboljšanje orientacije zrn.
3. Poiščite napake: znebite se skritih tveganj glede moči
CT skeniranje za industrijo: Preskušanje notranjih napak v kalupih, ki jih ne poškodujejo, kot so pore, razpoke in mesta, kjer se kalup ni popolnoma zlil. Letalski kalupi morajo na primer izpolnjevati standard ISO 17637, da se zagotovi, da napake niso večje od 0,1 mm in da se razpoke zaradi utrujenosti ne širijo.
Ultrazvočno testiranje (UT) najde napake, ki so globoko v notranjosti, in najbolje deluje na kalupih z debelimi stenami. Na primer, kalupi za plošče avtomobilov morajo izpolnjevati standard ASTM E233, da bi našli notranje napake, ki so globoke vsaj 50 mm.
Rentgenska fluorescenčna spektroskopija (XRF): Hitro preverite kemično sestavo plesni in se prepričajte, da je vsebnost elementa takšna, kot bi morala biti. Kalupi iz-zlitin na osnovi niklja morajo na primer izpolnjevati standard ISO 3497, da ohranijo obsege kritičnih sestavin, kot sta Cr in Mo, pod 0,5 %.
2, Sistem standardov testiranja za mednarodno in domačo uporabo
Trdnost kovinskih kalupov za 3D-tiskanje je treba preskusiti v skladu s strogimi mednarodnimi in domačimi standardi, da se zagotovi primerljivost podatkov in upoštevanje pravil.
1. Standardi z vsega sveta
ISO/ASTM 52900: Določa definicije in klasifikacije za terminologijo 3D-tiskanja, ki ponuja temeljno osnovo za testiranje trdnosti.
ISO 23499: določa standarde za dimenzijsko natančnost in kakovost površine kovinskih 3D-natisnjenih predmetov. To posredno vpliva na testiranje trdnosti.
ASTM E8/E23/E466: To so glavni standardi za testiranje trdnosti kalupov. Povedo vam, kako izvajati preskuse nateznosti, udarca in utrujenosti.
2. Standardi za dom
GB/T 39251: Pojasnite pravila za pripravo in uporabo vzorcev za natezne, tlačne, upogibne in druge preskuse mehanskih lastnosti 3D-natisnjenih kovinskih materialov.
GB/T 39651: določa korake za inšpekcijo in ocenjevanje delov za proizvodnjo kovinskih dodatkov, vključno s tem, kako razvrstiti napake in določiti merila sprejemljivosti.
QB/T 5696: Ta standard govori o kakovosti kovinskih materialov za 3D-tiskanje in postavlja posebne zahteve za stvari, kot sta velikost in pretočnost delcev prahu, ki posredno vplivajo na trdnost kalupa.
3, Pomembne tehnične težave in kako jih odpraviti
Da bi bili kovinski kalupi za 3D-tiskanje močnejši, moramo najti načine za reševanje težav, kot so anizotropija, preostale napetosti in kakovost površine. To je mogoče doseči z novo tehnologijo in boljšimi postopki.
1. Nadzor anizotropije
Trdnost 3D tiskanih kalupov se spreminja glede na orientacijo tiska (vzdolžno, prečno, poševno). Na primer, vzdolžna trdnost kalupov, ustvarjenih s SLM, je lahko 20 % višja od prečne trdnosti.
Rešitev: Izboljšajte način skeniranja: uporabite šahovnico ali spiralno pot skeniranja, da bodo spremembe v toplotni napetosti med plastmi manj opazne.
Okrepitev po -obdelavi: vroče izostatično stiskanje (HIP) odstrani pore, s čimer se poveča gostota kalupa na več kot 99,9 %.
Več{0}}smerno testiranje: Vzorci se jemljejo v treh različnih smereh-vzdolžno, prečno in poševno-, da se zagotovi minimalna trdnost v skladu s standardi načrtovanja.
2. Obvladovanje preostale napetosti Težava: Ko se 3D-tiskanje prehitro ohladi, lahko nastane zaostala napetost, ki lahko povzroči, da se kalup upogne ali razbije.
Rešitev: Žarjenje za lajšanje stresa: hranite ga pri 500-600 stopinjah 2 do 4 ure, da sprostite notranji stres.
Lasersko udarno luščenje uporablja visoko{0}}energijske laserske žarke za spreminjanje oblike površine, dodajanje preostale tlačne napetosti in daljšo obstojnost materiala.
Spletno spremljanje: uporaba-vgrajenih senzorjev iz optičnih vlaken za spremljanje porazdelitve napetosti v realnem času in po potrebi spreminjanje nastavitev tiskanja.
3. Boljša kakovost površine Težava: Površinska hrapavost (Ra) 3D-natisnjenih kalupov je običajno 10–20 μm, zaradi česar se lahko zdrobijo.
odgovor:
Mehansko poliranje: CNC polirni stroj lahko zniža Ra na manj kot 0,8 μm, zaradi česar je površina močnejša.
Kemično poliranje: uporaba kislinskega pranja ali elektrolitskega poliranja, da se znebite majhnih površinskih napak in naredite površino bolj odporno proti koroziji.
Shot peening: Ta postopek doda površini preostale tlačne napetosti, tako da nanjo udari-izstrelki visoke hitrosti. Zaradi tega je bolj odporen proti utrujenosti.
4, Študija primera in industrijska praksa
Primer 1: Kalup za rezilo letalskega motorja
Material je visokotemperaturna-zlitina na osnovi niklja (Inconel 718).
Poudarek testa:
Visokotemperaturna trdnost: standard GB/T 4338 pravi, da je treba natezno trdnost preskusiti pri 650 stopinjah, da se prepričate, da je vsaj 800 MPa.
Učinkovitost toplotne utrujenosti: Uporabite ISO 12111 za testiranje hitrosti širjenja loma med cikli zagona-ustavitev motorja.
Mikrostruktura: uporabite EBSD, da si ogledate porazdelitev 'faze in se prepričajte, da je velikost ojačitvene faze manjša ali enaka 50 nm. Tako bo material bolj stabilen pri visokih temperaturah.
Kalup zdrži trikrat dlje od standardnih ulitkov, kar je potrebno za delovanje letalskih motorjev 100.000 ur.
Primer 2: Kalup za avtomobilski pokrov
Material: Jeklo z visoko trdnostjo (H13)
Kaj testirati:
Odpornost proti obrabi: standard ASTM G65 testira količino obrabe, da se prepriča, da je manjša ali enaka 0,1 g/1000 vrtljajev.
Odpornost na udarce: Charpyjeva udarna energija mora biti najmanj 30 J, v skladu s standardom ISO 148.
Dimenzijska natančnost: Uporabite testiranje CMM, da se prepričate, da je netočnost površine kalupa manjša ali enaka 0,05 mm.
Kalup zdrži 500.000 ciklov žigosanja, kar je 50 % dlje kot drugi kalupi.