Како тестирати снагу металних калупа за 3Д штампање?

一, Главни метод за испитивање чврстоће
Испитивање чврстоће металних калупа за 3Д штампање мора да обухвати три димензије: атрибуте материјала, микроструктуру и контролу дефеката, стварајући више-ниво и више{2}}димензионалну петљу за испитивање.
1. Испитивање механичких перформанси: Индекс квантитативне чврстоће
Тест затезања: Користите универзалну опрему за тестирање да бисте ставили аксијално затезно оптерећење на материјал калупа. Ово ће вам рећи његову затезну чврстоћу (УТС), границу течења (ИС) и издужење при прекиду (ЕЛ). На пример, калупи од легуре титанијума морају испуњавати стандард АСТМ Е8, а њихов УТС мора бити између 800 и 1000 МПа, док њихов ИС мора бити најмање 700 МПа.
Тест компресије: Проверите колико је калуп стабилан када је компримован. Овај тест је посебно користан за носеће структуре или компоненте са дебелим зидовима. На пример, стандард ГБ/Т 7314 треба да се користи за проверу чврстоће на притисак калупа од алуминијумске легуре како би се осигурало да се не савијају када се формирају под високим притиском.
Тест савијања у три{0}}или четири{1}}тачке се изводи да би се видело колико је калуп крут док се савија и колико је јака веза између слојева. Тестирање чврстоће на савијање калупа од нерђајућег челика у складу са ИСО 14125 је један од начина да спречите љуштење међуслоја да изазове квар.
Тест на удар: Користите машину за испитивање удара клатна да бисте опонашали динамичка оптерећења и сазнали колико је калуп отпоран (на пример, енергија удара Цхарпи В-зареза). На пример, калуп за лопатице авионских мотора мора да испуњава стандард АСТМ Е23 како би се осигурао да се не ломи лако када се користи у тешким ситуацијама.
Тест на замор: Користите машину за високо{0}}испитивање замора да бисте симулирали циклусна оптерећења и утврдили колико дуго ће калуп трајати пре него што се умори. Калупи за аутомобиле, на пример, морају да испуњавају стандард ИСО 12107 и да имају границу замора од најмање 300 МПа да би издржали напрезања дуготрајног-штанцања под високим притиском{5}}.
2. Анализа микроструктуре: откривање шта чини чврстоћу могућом
Користите металографски микроскоп (ОМ) да погледате величину зрна калупа, фазни састав и међуслојно сучеље. На пример, калупи направљени са СЛМ (селективним ласерским топљењем) често имају микроскопска равноосна зрна, што их чини више од 30% јачим од стандардних одливака.
Скенирајући електронски микроскоп (СЕМ): Погледајте како пукотине почињу и шире се и потражите недостатке попут недостатка фузије и порозности. На пример, СЕМ треба да провери ЕБМ (електронски сноп топљења) калупе да би се уверио да нису превише порозни (мањи или једнаки 0,5%) и да би се избегла концентрација напрезања.
Дифракција повратног расејања електрона (ЕБСД): Измерите разлику у оријентацији кристала (КАМ вредност) и тестирајте колико добро материјал може да се деформише локално. На пример, места са високим КАМ вредностима вероватно ће развити пукотине, а топлотна обрада је потребна да би се побољшала оријентација зрна.
3. Пронађите недостатке: ослободите се скривених ризика снаге
ЦТ скенирање за индустрију: Испитивање унутрашњих недостатака у калупима који их не оштећују, као што су поре, пукотине и места на којима се калуп није у потпуности спојио. На пример, калупи за ваздухопловство морају испуњавати стандард ИСО 17637 како би били сигурни да дефекти нису већи од 0,1 мм и да се пукотине од замора не шире.
Ултразвучно тестирање (УТ) проналази грешке које су дубоко у унутрашњости и најбоље функционише на калупима са дебелим зидовима. На пример, калупи за панеле аутомобила морају да испуњавају стандард АСТМ Е233 да би се пронашли унутрашњи недостаци који су дубоки најмање 50 мм.
Кс-Флуоресцентна спектроскопија Кс-зрака (КСРФ): Брзо проверите хемијски састав калупа да бисте били сигурни да је садржај елемента онакав какав треба да буде. Калупи од легура на бази никла-, на пример, морају да испуњавају стандард ИСО 3497 да би опсег критичних састојака попут Цр и Мо био испод 0,5%.
2, Систем стандарда испитивања за међународну и домаћу употребу
Метални калупи за 3Д штампање морају бити тестирани на чврстоћу у складу са строгим међународним и домаћим стандардима како би били сигурни да се подаци могу упоредити и да се правила поштују.
1. Стандарди из целог света
ИСО/АСТМ 52900: Успоставља дефиниције и класификације за терминологију 3Д штампања, нудећи основну основу за испитивање чврстоће.
ИСО 23499: поставља стандарде за тачност димензија и квалитет површине металних 3Д штампаних предмета. Ово има индиректан утицај на испитивање снаге.
АСТМ Е8/Е23/Е466: Ово су главни стандарди за испитивање чврстоће калупа. Они вам говоре како да урадите тестове на затезање, удар и замор.
2. Стандарди за дом
ГБ/Т 39251: Разјасните правила за припрему и употребу узорака за затезање, притисак, савијање и друга испитивања механичких својстава 3Д штампаних металних материјала.
ГБ/Т 39651: поставља кораке за инспекцију и процену делова за производњу металних адитива, укључујући како класификовати дефекте и поставити критеријуме прихватања.
КБ/Т 5696: Овај стандард говори о квалитету металних материјала за 3Д штампање и поставља посебне захтеве за ствари као што су величина и проточност честица праха, које утичу на чврстоћу калупа на индиректан начин.
3, Важни технички проблеми и како их поправити
Да бисмо металне калупе за 3Д штампање учинили јачима, морамо да пронађемо начине да се носимо са проблемима као што су анизотропија, заостали напон и квалитет површине. Ово се може постићи кроз нову технологију и боље процесе.
1. Контролисање анизотропије
Чврстоћа 3Д штампаних калупа се мења у зависности од оријентације штампе (уздужно, попречно, косо). На пример, уздужна чврстоћа калупа генерисаних СЛМ може бити 20% већа од попречне чврстоће.
Решење: Побољшајте начин на који скенирате: Користите шаховницу или спиралну путању за скенирање да би промене у термичком напрезању у слојевима биле мање приметне.
Јачање након{0}}обраде: Вруће изостатичко пресовање (ХИП) уклања поре, подижући густину калупа на преко 99,9%.
Више{0}}тестирање у више смерова: Узорци се узимају у три различита смера-уздужно, попречно и косо-да би се уверило да је минимална чврстоћа у складу са стандардима дизајна.
2. Управљање заосталим стресом Проблем: Када се 3Д штампа пребрзо охлади, може створити заостали стрес, што може проузроковати савијање или разбијање калупа.
Решење: Жарење за ублажавање стреса: Држите га на 500-600 степени 2 до 4 сата да се ослободи унутрашњег стреса.
Ласерско шок пеенинг користи ласерске зраке високе{0}}ене енергије да промени облик површине, дода заостало напрезање притиска и учини да материјал дуже преживи.
Надгледање на мрежи: Коришћење уграђених-сензора са оптичким влакнима да бисте пратили дистрибуцију стреса у реалном времену и променили подешавања штампања по потреби.
3. Бољи квалитет површине Проблем: храпавост површине (Ра) 3Д штампаних калупа је обично 10–20 μм, што их чини лаким за разбијање.
Одговор:
Механичко полирање: ЦНЦ машина за полирање може смањити Ра на мање од 0,8 μм, што чини површину јачом.
Хемијско полирање: коришћење прања киселином или електролитичког полирања како би се отклонили ситни површински недостаци и површина учинила отпорнијом на корозију.
Сачмарење: Овај процес додаје слој заосталог тлачног напрезања на површину тако што се удара у њу са{0}}брзим пројектилима. То га чини отпорнијим на умор.
4, Студија случаја и индустријска пракса
Случај 1: Калуп за сечиво авионског мотора
Материјал је високотемпературна легура на бази никла-(Инцонел 718).
Фокус теста:
Чврстоћа на високој температури: Стандард ГБ/Т 4338 каже да затезна чврстоћа треба да се тестира на 650 степени да би се уверило да је најмање 800 МПа.
Перформансе топлотног замора: Користите ИСО 12111 да бисте тестирали брзину ширења лома током циклуса покретања{1}заустављања мотора.
Микроструктура: Користите ЕБСД да погледате дистрибуцију 'фазе и уверите се да је величина фазе јачања мања или једнака 50 нм. Ово ће учинити материјал стабилнијим на високим температурама.
Калуп траје три пута дуже од стандардних одливака, што је оно што је потребно да мотори авиона раде 100.000 сати.
Случај 2: Калуп за аутомобилски поклопац
Материјал: Челик високе чврстоће (Х13)
Шта тестирати:
Отпорност на хабање: АСТМ Г65 стандард тестира количину хабања да би се уверио да је мања или једнака 0,1 г/1000 ротација.
Отпорност на удар: Шарпијева енергија удара мора бити најмање 30 Ј, према ИСО 148 стандарду.
Тачност димензија: Користите ЦММ тестирање да бисте били сигурни да је непрецизност површине калупа мања или једнака 0,05 мм.
Калуп траје 500.000 циклуса штанцања, што је 50% дуже од осталих калупа.