Bagaimana cara menguji kinerja pendinginan cetakan pencetakan 3D logam?

一, Bagian utama pengujian kinerja pendinginan
1. Menguji kinerja termodinamika
Mengukur konduktivitas termal adalah cara penting untuk mengetahui seberapa baik material mengangkut panas. Metode flash laser ASTM E1461 dapat secara akurat mengevaluasi difusivitas termal bahan cetakan antara -100 dan 500 derajat Celcius. Sebuah tim peneliti menguji baja cetakan H13 cetakan 3D dan menemukan bahwa konduktivitas panasnya adalah 28,5W/(m · K), yang 12% lebih besar dari prosedur penempaan standar. Ini karena pencetakan 3D menciptakan struktur butiran halus yang unik.

Tujuan utama dari analisis ketahanan termal adalah untuk mengetahui seberapa baik cetakan mentransfer panas. Untuk membuat peta awan gradien suhu, Anda dapat menempatkan termokopel pada titik-titik penting pada cetakan dan menggunakan teknologi pencitraan termal inframerah untuk menggabungkannya. Pengujian yang dilakukan oleh perusahaan tertentu yang membuat suku cadang mobil menunjukkan bahwa suhu inti cetakan die-pengecoran paduan aluminium cetak 3D mereka tetap dalam ± 3 derajat setelah membuat 1000 cetakan berturut-turut. Ini 60% lebih rendah dari cetakan tradisional.

2. Pengujian dinamika fluida
Menguji karakteristik penurunan tekanan adalah cara yang baik untuk melihat apakah desain sirkuit air pendingin masuk akal. Perangkat kalibrasi aliran Micronics PT100 dapat mendeteksi dengan tepat kehilangan tekanan di saluran air ketika laju aliran antara 0,1 dan 100L/menit. Studi kasus cetakan kemasan elektronik menunjukkan bahwa saluran air pendingin spiral cetak 3D-turun hanya 0,8kPa pada laju aliran 20L/mnt, yang berarti 45% lebih kecil dibandingkan saluran air pengeboran tradisional. Hal ini menunjukkan bahwa desain salurannya lebih sesuai dengan prinsip dinamika fluida.

Jaringan sensor aliran multi-saluran digunakan untuk melakukan uji keseragaman aliran. Sebuah tim peneliti menyiapkan 12 lokasi pemantauan aliran dalam cetakan rongga cetak 3D-yang rumit. Mereka mengamati bahwa deviasi aliran setiap saluran dijaga dalam ± 2% untuk memastikan media pendingin tersebar secara merata. Prosedur pengujian ini sangat baik untuk-cetakan presisi tinggi yang digunakan dalam industri dirgantara. Misalnya, cetakan pendukung satelit yang memperhalus pola saluran air untuk mengurangi deformasi kelengkungan produk dari 0,3 mm menjadi 0,05 mm.

2, Sebuah sistem untuk pengujian pada skala yang berbeda
1. Pengujian pada skala mikroskopis
Studi metalografi dapat menunjukkan-satu-satunya-sifat mikrostruktur pencetakan 3D. Dengan mikroskop metalografi Olympus BX53M, Anda dapat melihat butiran kolumnar halus yang dibuat menggunakan proses laser powder bedmelting (LPBF). Butiran ini 50% lebih kecil dibandingkan butiran yang dibuat dengan metode pengecoran biasa. Struktur mikro ini membuat material jauh lebih baik dalam mengatasi kelelahan termal. Setelah 10^6 siklus termal, pengujian tertentu menunjukkan bahwa cetakan cetak 3D masih memiliki struktur batas butiran yang lengkap, sedangkan cetakan tradisional memiliki celah yang jelas.

Porosimeter intrusi merkuri Micromeritics AutoPore V digunakan untuk mencari porositas. Ia dapat menemukan dengan tepat di mana pori-pori berada di dalam cetakan. Uji cetakan implan medis menunjukkan bahwa dengan mengubah pengaturan pencetakan, porositas dapat diturunkan dari 0,5% menjadi 0,08%, dan ukuran pori sebagian besar antara 1 dan 5 μm. Struktur tebal ini mencegah media pendingin bocor dan membuat cetakan lebih kuat.

2. Pengujian dalam skala besar
Pemantauan dinamis pencitraan termal adalah cara mudah untuk melihat seberapa merata pendinginan cetakan. Kamera pencitraan termal FLIR T865 dapat menunjukkan kepada Anda bagaimana suhu pada permukaan cetakan bervariasi secara real-time. Ia memiliki resolusi 640 × 480 dan dapat melihat suhu dari -40 derajat hingga 1500 derajat. Saat menguji cetakan kepala silinder mesin mobil tertentu, peneliti membandingkan gambar pencitraan termal dari pencetakan 3D dan cetakan tradisional. Mereka menemukan bahwa standar deviasi distribusi suhu cetakan pencetakan 3D hanya 1,2 derajat, 75% lebih rendah dibandingkan cetakan tradisional. Hal ini menunjukkan bahwa desain sirkuit air pendingin konformal memberikan perbedaan besar dalam keseimbangan termal.

Mesin uji kelelahan MTS 370.10 digunakan untuk uji umur kelelahan. Ini menyimulasikan bagaimana kinerja cetakan akan berubah setelah 1 juta siklus panas dan dingin dengan rentang beban ± 25kN. 3D baja cetakan cetakan mempertahankan 90% kekerasan aslinya setelah 500.000 siklus, sementara cetakan tradisional kehilangan 30% kekerasannya dalam kondisi yang sama. Ini karena teknologi pencetakan 3D menghilangkan konsentrasi tekanan internal.

3, Penggunaan teknik pengujian terbaru
1. Teknologi kembar digital
Model kembar digital dari proses pendinginan cetakan dapat dibuat dengan menggabungkan perangkat lunak analisis aliran cetakan Moldflow dengan metode pembelajaran mesin. Sebuah kelompok belajar membuat model AI yang dapat menebak distribusi suhu, kecepatan, dan tekanan di area tertentu dengan melatih 36.000 set data bentuk sirip yang diparameterisasi. Hasil yang diproyeksikan dari model ini sangat cocok dengan data pengujian sebenarnya, dengan tingkat akurasi 95%. Ini 40% lebih baik dibandingkan metode empiris standar dan menghemat waktu yang diperlukan untuk membuat cetakan.

2. Jaringan sensor kecil
Menempatkan rangkaian sensor suhu dan tekanan mikro di dalam cetakan memungkinkan Anda mengawasi proses pendinginan secara real-time. Sebuah studi tertentu menggunakan 24 sensor MEMS dalam penukar panas kecil yang dicetak 3D-untuk berhasil mengukur perubahan suhu lokal sebesar 0,1 derajat , memberikan dukungan data yang tepat untuk pengelolaan saluran. Teknik ini sangat bagus untuk membuat-cetakan presisi tinggi di industri dirgantara. Misalnya cetakan nosel mesin roket yang mengontrol perubahan suhu di area konsentrasi tekanan panas dalam ± 5 derajat melalui jaringan sensor.

4. Standar dan kriteria pengujian di industri
ISO 23499-2017, "Standar Penilaian Kualitas untuk Pencetakan 3D Logam," diterbitkan oleh Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO). Ini menetapkan standar untuk menilai kinerja pendinginan. Uji konduktivitas termal harus mengikuti standar ASTM E1461, uji penurunan tekanan harus mengikuti spesifikasi ISO 527-2, dan uji umur kelelahan harus mengikuti standar ISO 1217. Di Tiongkok, standar seperti GB/T 39251-2020 "Metode Karakterisasi Sifat Serbuk Logam dalam Manufaktur Aditif" memberi industri spesifikasi teknis yang lengkap.