1. Уникальная природа производства энергетического оборудования делает контроль качества более важным.
Есть три основные вещи, которые затрудняют создание энергетического оборудования. Во-первых, материалы обладают весьма экстремальными свойствами. Например, лопатки газовых турбин должны выдерживать температуру 1500 градусов и нагрузку 300 МПа. Во-вторых, структуры очень сложны. Например, парогенератор на атомной электростанции имеет десятки тысяч тонких трубок. В-третьих, среда обслуживания стала более жесткой. Например, морское ветроэнергетическое оборудование должно быть способным противостоять коррозии солевыми брызгами и повреждениям тайфунов. Эти особенности усложняют контроль качества при 3D-печати металлом в три раза:
Контроль стабильности свойств материала: в суровых условиях работы напечатанные детали не должны выходить из строя, например, при ползучести и усталостном разрушении. Например, лопатки газовых турбин, изготовленные из сплава на основе никеля Inconel 718-, требуют обработки горячим изостатическим прессованием (HIP), чтобы избавиться от внутренних пор и продлить срок службы лопаток более чем в два раза по сравнению с обычными отливками.
Геометрическое прецизионное управление по замкнутому-контуру. Для точных деталей, таких как механизмы привода управляющих стержней в ядерных энергетических реакторах, допуски на размеры должны сохраняться в пределах ± 0,05 мм. Одна компания добавила к своему оборудованию SLM систему измерения лазерной интерферометрии, чтобы она могла исправлять ошибки формы и положения в реальном времени во время печати. Это повысило уровень квалификации по важнейшим параметрам с 82% до 97%.
Полный охват поиска дефектов. Технология промышленного компьютерного сканирования позволяет обнаруживать микроотверстия диаметром 0,02 мм и более и создавать 3D-модели печатной продукции. Компания, производящая ветроэнергетическое оборудование, создала базу данных дефектов и использовала алгоритмы машинного обучения для интеллектуального анализа изображений КТ. Это сократило время поиска дефектов с 4 часов до 20 минут.
2. Четыре столпа всей системы контроля качества процесса
(1) Контроль характеристик материала у источника
Три проверки качества порошка: Настройте систему управления партиями порошка, чтобы можно было проверять химический состав (с помощью ICP-AES-детектирования), распределение частиц по размерам (с помощью метода лазерной дифракции) и сыпучесть (с помощью амперметра Холла) каждой партии металлического порошка. Одна компания, производящая энергетическое оборудование, утверждает, что размер частиц D50 порошка нержавеющей стали 316L должен составлять от 25 до 35 мкм, скорость потока Холла должна быть меньше или равна 25 с/50 г, а содержание кислорода должно быть меньше или равно 0,05%.
Создание базы данных материалов: Создайте базу данных параметров процесса с 12 сплавами, которые часто используются в области энергетики. Эта база данных должна включать важную информацию, такую как форма ванны расплава и вероятность сфероидизации различных партий порошка при определенных плотностях энергии. Например, база данных показывает, что наилучшая плотность (99,2%) и предел прочности (320 МПа) для алюминиевого сплава AlSi10Mg могут быть достигнуты при мощности лазера 350 Вт и скорости сканирования 1200 мм/с.
(2) Контроль процесса печати в режиме реального времени.
Моделирование взаимодействия между несколькими физическими полями: мы используем программное обеспечение ANSYS Workbench для моделирования термомеханических связей в процессе печати и выяснения того, как будет распределяться остаточное напряжение. Компания, производящая оборудование для атомной энергетики, применила оптимизацию моделирования, чтобы изменить ориентацию печати с оси Z- на угол 45 градусов. Это снизило степень усадки по оси Z- с 0,8% до 0,3% и сделало проблемы межслойного отслаивания гораздо менее распространенными.
Использование системы управления с замкнутым-контуром. Установите инфракрасный термометр и камеру наблюдения за ванной расплава в оборудование SLM, чтобы они могли в реальном времени-предоставлять информацию о размере (погрешность ± 10 мкм) и температуре (погрешность ± 5 градусов) ванны расплава. Если ширина ванны расплава превышает заданное значение на 15 %, система автоматически изменяет мощность лазера и скорость сканирования, чтобы поддерживать стабильность ванны расплава.
(3) Точный контроль технологии пост-обработки.
Оптимизация процесса термообработки. Для печатных деталей из титанового сплава Ti6Al4V была разработана двухэтапная-процедура отжига. Первым делом необходимо изменить фазу на 920 градусов на 2 часа. Вторым шагом является уточнение структуры + фазы при температуре 730 градусов в течение 4 часов. После такой обработки усталостная прочность напечатанных деталей возросла на 40% и достигла 680 МПа.
Интеграция технологии модификации поверхности: метод микродугового оксидирования (МАО) создает керамическое покрытие толщиной 50 мкм на поверхности деталей, которые могут подвергнуться коррозии, включая подшипники редуктора морских ветряных турбин. Это увеличивает продолжительность их устойчивости к коррозии соляным туманом с 500 часов до более 2000 часов.
(4) Разумное улучшение контроля качества
Сочетание технологий не-неразрушающего контроля. Создайте трехуровневую систему испытаний, включающую в себя «промышленный компьютерный томограф, ультразвуковую фазированную решетку и вихретоковый контроль». Сначала с помощью промышленной компьютерной томографии (разрешение 10 м) просканируйте всю камеру сгорания газовой турбины диаметром 200 мм. Затем используйте ультразвуковой контроль фазированной решетки (разрешение 0,1 мм), чтобы проверить любые подозрительные участки. Наконец, используйте вихретоковый тест, чтобы проверить наличие трещин на поверхности.
Как использовать технологию цифровых двойников: делайте цифровые копии напечатанных деталей и отслеживайте их работу в режиме реального времени. Конкретная компания добавила алгоритм прогнозирования усталостной долговечности в свою модель цифрового двойника. Это может обеспечить раннее уведомление за 6 месяцев об определенных рисках поломки оборудования и сократить время незапланированных простоев на 65%.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-airplane-engine-stand.html