Bagaimana cara menguji kekuatan cetakan pencetakan 3D logam?

一, Metode utama untuk pengujian kekuatan
Pengujian kekuatan cetakan pencetakan 3D logam harus mencakup tiga dimensi: atribut material, struktur mikro, dan pengendalian cacat, sehingga menciptakan putaran pengujian multi-level dan-dimensi.
1. Menguji kinerja mekanik: Indeks kekuatan kuantitatif
Uji tarik: Gunakan peralatan pengujian universal untuk memberikan beban tarik aksial pada bahan cetakan. Ini akan memberi tahu Anda kekuatan tarik (UTS), kekuatan luluh (YS), dan perpanjangan putus (EL). Misalnya, cetakan paduan titanium harus memenuhi standar ASTM E8, dan UTSnya harus antara 800 dan 1000 MPa, sedangkan YSnya harus minimal 700 MPa.
Uji kompresi: Periksa seberapa stabil cetakan saat dikompresi. Pengujian ini khususnya berguna untuk struktur pendukung atau komponen yang berdinding tebal. Misalnya, standar GB/T 7314 perlu digunakan untuk memeriksa kekuatan tekan cetakan paduan aluminium untuk memastikan cetakan tidak bengkok saat dibentuk di bawah tekanan tinggi.
Uji tekuk tiga-titik atau empat-titik dilakukan untuk melihat seberapa kaku cetakan saat ditekuk dan seberapa kuat ikatan antar lapisan. Menguji kekuatan lentur cetakan stainless steel sesuai ISO 14125 merupakan salah satu cara agar interlayer peeling tidak menyebabkan kegagalan.
Uji dampak: Gunakan mesin pengujian dampak pendulum untuk meniru beban dinamis dan mencari tahu seberapa tahan cetakan tersebut (misalnya, energi dampak Charpy V-takik). Misalnya, cetakan bilah mesin penerbangan harus memenuhi standar ASTM E23 untuk memastikan tidak mudah pecah saat digunakan dalam situasi sulit.
Uji kelelahan: Gunakan{0}}mesin pengujian kelelahan frekuensi tinggi untuk menyimulasikan beban siklus dan mencari tahu berapa lama cetakan akan bertahan sebelum menjadi lelah. Cetakan otomotif, misalnya, harus memenuhi standar ISO 12107 dan memiliki batas kelelahan minimal 300 MPa untuk menangani tekanan akibat stamping-tekanan tinggi dalam jangka panjang.
2. Analisis struktur mikro: mencari tahu apa yang memungkinkan adanya kekuatan
Gunakan mikroskop metalografi (OM) untuk melihat ukuran butir cetakan, komposisi fasa, dan antarmuka antar lapisan. Misalnya, cetakan yang dibuat dengan SLM (Selective Laser Melting) sering kali memiliki butiran mikroskopis yang sama, yang membuatnya lebih dari 30% lebih kuat dibandingkan cetakan standar.
Pemindaian mikroskop elektron (SEM): Lihatlah bagaimana retakan mulai dan menyebar, dan carilah kekurangan seperti kurangnya fusi dan porositas. Misalnya, SEM perlu memeriksa cetakan EBM (peleburan berkas elektron) untuk memastikan cetakan tersebut tidak terlalu berpori (Kurang dari atau sama dengan 0,5%) dan untuk menghindari konsentrasi tegangan.
Difraksi hamburan balik elektron (EBSD): Mengukur perbedaan orientasi kristal (nilai KAM) dan menguji seberapa baik material dapat berubah bentuk secara lokal. Misalnya, tempat dengan nilai KAM yang tinggi kemungkinan besar akan mengalami retakan, dan perlakuan panas diperlukan untuk memperbaiki orientasi butiran.
3. Temukan cacat: singkirkan risiko kekuatan yang tersembunyi
Pemindaian CT untuk industri: Menguji cacat internal pada cetakan yang tidak merusaknya, seperti pori-pori, retakan, dan titik di mana cetakan belum menyatu sepenuhnya. Misalnya, cetakan penerbangan harus memenuhi standar ISO 17637 untuk memastikan cacat tidak lebih besar dari 0,1 mm dan retakan akibat kelelahan tidak menyebar.
Pengujian ultrasonik (UT) menemukan kesalahan yang ada jauh di dalam, dan bekerja paling baik pada cetakan dengan dinding tebal. Misalnya, cetakan panel mobil harus memenuhi standar ASTM E233 untuk menemukan cacat interior sedalam minimal 50 mm.
X-spektroskopi fluoresensi sinar X (XRF): Periksa dengan cepat susunan kimia cetakan untuk memastikan kandungan elemen sesuai dengan yang seharusnya. Cetakan paduan berbahan dasar nikel, misalnya, harus memenuhi standar ISO 3497 untuk menjaga kisaran unsur penting seperti Cr dan Mo di bawah 0,5%.
2, Sistem standar pengujian untuk penggunaan internasional dan domestik
Cetakan pencetakan 3D logam harus diuji kekuatannya sesuai dengan standar internasional dan domestik yang ketat untuk memastikan bahwa data dapat dibandingkan dan aturan dipatuhi.
1. Standar dari seluruh dunia
ISO/ASTM 52900: Menetapkan definisi dan klasifikasi untuk terminologi pencetakan 3D, menawarkan dasar dasar untuk pengujian kekuatan.
ISO 23499: menetapkan standar akurasi dimensi dan kualitas permukaan barang cetakan 3D logam. Hal ini mempunyai pengaruh tidak langsung terhadap pengujian kekuatan.
ASTM E8/E23/E466: Ini adalah standar utama untuk pengujian kekuatan cetakan. Mereka memberi tahu Anda cara melakukan uji tarik, benturan, dan kelelahan.
2. Standar rumah
GB/T 39251: Memperjelas aturan penyiapan dan penggunaan sampel untuk pengujian tarik, tekan, tekuk, dan lainnya terhadap sifat mekanik bahan logam cetakan 3D.
GB/T 39651: menjelaskan langkah-langkah untuk memeriksa dan mengevaluasi komponen manufaktur aditif logam, termasuk cara mengklasifikasikan cacat dan menetapkan kriteria penerimaan.
QB/T 5696: Standar ini membahas tentang kualitas bahan pencetakan 3D logam dan menetapkan persyaratan khusus untuk hal-hal seperti ukuran dan kemampuan mengalir partikel bubuk, yang memengaruhi kekuatan cetakan secara tidak langsung.
3, Masalah teknis penting dan cara memperbaikinya
Untuk membuat cetakan pencetakan 3D logam lebih kuat, kita perlu menemukan cara untuk mengatasi masalah seperti anisotropi, tegangan sisa, dan kualitas permukaan. Hal ini dapat dilakukan melalui teknologi baru dan proses yang lebih baik.
1. Mengendalikan anisotropi
Kekuatan cetakan cetakan 3D berubah berdasarkan orientasi pencetakan (membujur, melintang, miring). Misalnya, kekuatan memanjang cetakan yang dihasilkan SLM bisa 20% lebih tinggi dibandingkan kekuatan melintang.
Solusi: Tingkatkan cara Anda memindai: Gunakan jalur pemindaian kotak-kotak atau spiral untuk membuat perubahan tekanan termal di seluruh lapisan tidak terlalu terlihat.
Penguatan pasca-pemrosesan: Pengepresan isostatik panas (HIP) menghilangkan pori-pori, meningkatkan kepadatan cetakan hingga lebih dari 99,9%.
Pengujian multi-arah: Sampel diambil dalam tiga arah berbeda-membujur, melintang, dan miring-untuk memastikan kekuatan minimum memenuhi standar desain.
2. Mengelola tegangan sisa Masalah: Jika pencetakan 3D mendingin terlalu cepat, tegangan sisa dapat menumpuk, yang dapat menyebabkan cetakan bengkok atau pecah.
Solusi: Anil pereda stres: Pertahankan pada suhu 500-600 derajat selama 2 hingga 4 jam untuk melepaskan stres internal.
Peening kejut laser menggunakan-sinar laser berenergi tinggi untuk mengubah bentuk permukaan, menambah tegangan sisa tekan, dan membuat material bertahan lebih lama.
Pemantauan online: Menggunakan-sensor serat optik bawaan untuk mengawasi distribusi tekanan secara real-time dan mengubah setelan pencetakan sesuai kebutuhan.
3. Kualitas permukaan yang lebih baik Masalah: Kekasaran permukaan (Ra) cetakan cetak 3D biasanya 10–20 μm, sehingga mudah pecah.
Menjawab:
Pemolesan mekanis: Mesin pemoles CNC dapat menurunkan Ra hingga kurang dari 0,8 μm, yang membuat permukaan lebih kuat.
Pemolesan kimia: menggunakan pencucian asam atau pemolesan elektrolitik untuk menghilangkan cacat kecil pada permukaan dan membuat permukaan lebih tahan terhadap korosi.
Shot peening: Proses ini menambahkan lapisan tegangan tekan sisa ke permukaan dengan menghantamkannya dengan proyektil-berkecepatan tinggi. Hal ini membuatnya lebih tahan terhadap kelelahan.
4, Studi Kasus dan Praktek Industri
Kasus 1: Cetakan untuk bilah mesin pesawat
Bahannya adalah paduan suhu tinggi-berbasis-nikel (Inconel 718).
Fokus tes:
Kekuatan suhu tinggi: Standar GB/T 4338 menyatakan bahwa kekuatan tarik harus diuji pada 650 derajat untuk memastikan setidaknya 800 MPa.
Performa kelelahan termal: Gunakan ISO 12111 untuk menguji laju perambatan rekahan selama siklus start-stop mesin.
Struktur Mikro: Gunakan EBSD untuk melihat distribusi fase dan pastikan ukuran fase penguatan kurang dari atau sama dengan 50 nm. Hal ini akan membuat material lebih stabil pada suhu tinggi.
Cetakan tersebut bertahan tiga kali lebih lama dibandingkan cetakan standar, yang dibutuhkan agar mesin pesawat dapat bekerja selama 100.000 jam.
Kasus 2: Cetakan untuk penutup otomotif
Bahan: Baja dengan kekuatan tinggi (H13)
Apa yang harus diuji:
Ketahanan aus: Standar ASTM G65 menguji kuantitas keausan untuk memastikan kurang dari atau sama dengan 0,1 g/1000 rotasi.
Resistensi dampak: Energi dampak Charpy harus minimal 30 J, sesuai dengan standar ISO 148.
Akurasi dimensi: Gunakan pengujian CMM untuk memastikan ketidakakuratan permukaan cetakan kurang dari atau sama dengan 0,05 mm.
Cetakan ini bertahan selama 500.000 siklus pencetakan, 50% lebih lama dibandingkan cetakan lainnya.