Как провести проверку качества после 3D-печати металлом?

一, Технология не-неразрушающего контроля: взгляд на вещи со стороны, чтобы найти внутренние дефекты
Основным способом проверки качества 3D-печати металлом является не-неразрушающий контроль (NDT), который позволяет обнаружить внутренние дефекты, не влияя на структуру изделия. Основываясь на четких принципах обнаружения, наиболее распространенные технологии можно разделить на четыре группы:
1. МикроКТ, или промышленная компьютерная томография.
Микро-КТ использует рентгеновские лучи- для прохождения деталей и получения данных под разными углами. После реконструкции с помощью компьютера он создает трехмерные томографические изображения, позволяющие обнаруживать дефекты с разрешением в микрометры. Система микроКТ с источником рентгеновского излучения напряжением 450 кВ- может обнаруживать поры диаметром 0,02 мм внутри головки блока цилиндров из алюминиевого сплава и измерять такие параметры, как пористость и длина трещин. Его основные преимущества:
Полный размерный контроль: позволяет одновременно обнаружить в деталях как внутренние дефекты (например, трещины и поры), так и внешние геометрические отклонения (например, толщину стенок и деформацию).
Количественная оценка с высокой точностью: технология 3D-реконструкции позволяет правильно оценить размер, расположение и плотность распределения дефектов.
Бесконтактная работа-: не повредите точные детали.
2. Радиографическое исследование (РТ)
В соответствии со стандартом GB/T 35351 «Неразрушающий контроль металлических материалов - Радиографический контроль» радиографический контроль обнаруживает внутренние дефекты, изучая изменения в том, как рентгеновские - лучи или гамма-лучи проходят через детали. Например, при проверке авиационных лопастей из титанового сплава радиографическое тестирование позволяет выявить проблемы межслоевого несплавления и измерить чувствительность обнаружения с помощью индикаторов качества изображения (IQI). У него есть некоторые проблемы, такие как:
Ограничение проникающей способности. Материалы с высокой-плотностью, такие как вольфрамовые сплавы, требуют источников излучения высокой-энергии;
Ограничения двумерных изображений: перекрывающиеся проекции могут скрыть проблемы в сложных деталях конструкции.
3. Тестирование с использованием звуковых волн (UT)
Ультразвуковой контроль основан на том, как-звуковые волны высокой частоты отражаются и проходят через детали, чтобы обнаружить вблизи-поверхностные дефекты, такие как трещины и включения. Например, ультразвуковая технология с фазированной решеткой (PAUT) может быстро обнаруживать и фотографировать дефекты в формах из нержавеющей стали 316L с помощью многоэлементных датчиков. Некоторые из его особенностей:
Очень чувствителен: может обнаружить трещины размером до нескольких микрон;
Зависимость от направления: Угол щупа должен быть установлен точно в соответствии с геометрией детали.
4. Тестирование лазерным ультразвуком (ЛУТ).
LUT использует лазерные импульсы, чтобы заставить волны напряжения двигаться по поверхности деталей, и находит дефекты, наблюдая за тем, как звуковые волны движутся через них. Команда Наньянского технологического университета создала лазерную ультразвуковую систему, которая может обнаруживать трещины в деталях из титановых сплавов за 15 минут с разрешением 0,1 мм. Этот метод хорош для поиска в Интернете сложных изогнутых деталей.
2. Проверка качества поверхности, от микроструктуры до макроскопической формы.
Качество поверхности металлических 3D-печатных изделий напрямую влияет на их срок службы и устойчивость к коррозии. При осмотре поверхности необходимо проверить следующие размеры:
1. Измерение шероховатости поверхности
Чтобы найти среднее арифметическое отклонение (Ra) профиля поверхности детали, используйте измеритель шероховатости поверхности, такой как серия MarSurf. Например, значение поверхностного Ra деталей из титанового сплава Ti6Al4V, изготовленных методом SLM, обычно составляет от 6 до 10 мкм. Чтобы соответствовать авиационным стандартам, это значение необходимо снизить до менее 0,8 мкм с помощью электролитической полировки.
2. Анализ микроструктуры
Используйте сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), чтобы изучить зернистую структуру деталей, фазовый состав и морфологию дефектов. Горячее изостатическое прессование (ГИП) может изменить форму объектов из алюминиевых сплавов, и фотографии СЭМ могут это продемонстрировать.
3. Тестирование химического состава
Чтобы узнать, какие химические вещества содержатся в кусочках, используйте рентгеновский флуоресцентный спектрометр (XRF) или масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Например, проверка отклонения содержания Cr, Co, W и других элементов в жаропрочных-сплавах на основе никеля, которые были напечатаны на 3D-принтере, чтобы убедиться, что они соответствуют стандарту ASTM F3001.
3. Проверка механических характеристик: проверка того, какой вес могут выдержать детали.
Важно проверить механические свойства металлических 3D-печатных объектов, чтобы убедиться, что они находятся на должном уровне:
1. Испытание на прочность на растяжение
Стандарт GB/T 228.1 предписывает использовать универсальную испытательную машину для проверки прочности деталей на разрыв (Rm), предела текучести (Rp0,2) и удлинения (А). Например, Rm деталей из нержавеющей стали 17-4PH, изготовленных методом SLM, должно составлять 1000 МПа или выше.
2. Тест на усталость
Используйте вращающуюся машину для испытаний на усталость при изгибе, например машину R-R, чтобы узнать, как долго прослужат детали, когда они подвергаются циклическому напряжению. Например, авиационные крепежи должны пройти 10 циклов испытаний под нагрузкой, а скорость распространения трещин должна быть менее 1 × 10⁻⁶ мм/цикл.
3. Проверка твердости
Вы можете использовать твердомер Виккерса (HV) или твердомер Роквелла (HRC), чтобы узнать, насколько тверда поверхность предметов. Например, для лопаток турбины нужны детали из Inconel 718, которые имеют значение HV 450–500 при печати с использованием технологии DMLS.
4. Отраслевая практика: тенденции в стандартизации и разведке.
1. Создание национальной системы стандартов
Три национальных стандарта 3D-печати (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 и GB/T 45667-2025), вступившие в силу в сентябре 2025 года, дают отрасли единый способ оценки качества. Например, GB/T 45675 описывает, как оценивать шероховатость поверхности деталей SLM, и требует, чтобы ошибка повторяемости определения значения Ra была меньше или равна 5%.
2. Использование интеллектуальных технологий обнаружения.
Использование машинного обучения и искусственного интеллекта делает обнаружение более эффективным. Например, Наньянский технологический университет создал систему анализа ориентации кристаллов на основе оптической визуализации-, которая может завершить оценку микроструктуры деталей из титановых сплавов всего за 15 минут и стоит всего 1/10 стоимости метода СЭМ.
3. Контроль качества всего процесса
Ведущие компании создали замкнутую-систему обратной связи по тестированию печати дизайна. Например, компания GE Aviation добавила к своему оборудованию SLM систему мониторинга на месте. Это позволяет им изменять интенсивность лазера и скорость сканирования в режиме реального времени, что снизило процент отказов компонентов с 8% до менее 0,5%.