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研究小組使用中子檢測3D打印零件中的內(nèi)部應力

魔猴君  行業(yè)資訊   1265天前

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慕尼黑工業(yè)大學(TUM)的研究小組開發(fā)了一種無損方法,可使用中子檢測3D打印零件中的內(nèi)部應力。研究人員在能源技術公司Siemens Energy3D打印格子結構上測試了他們的方法,該公司的3D打印燃氣輪機葉片中使用了這種方法?!熬哂羞@種復雜結構的復雜組件將無法使用傳統(tǒng)的制造方法(如鑄造或銑削)來制造,”德國聯(lián)邦材料研究與測試學院(BAM)的Tobias Fritsch博士說。 “我們想看看我們是否可以使用中子來檢測這個復雜組件中的內(nèi)部應力?!?/span>

殘余應力衍射儀STRESS-SPEC上測量位置的晶格結構。圖片來自Tobias Fritsch / BAM。

3D打印零件的無損檢測

西門子能源公司使用鎳鉻合金印刷了幾毫米大小的晶格結構,并有意省去了印刷后的常規(guī)熱處理。晶格是通過激光粉末床融合(LPBF)制造的,從而使結構具有復雜的幾何形狀。但是,在打印過程中,激光的局部熱輸入和熔池的快速冷卻會導致材料中殘留應力。盡管可以花費時間并因此花費金錢,但是可以通過熱處理過程來消除這種壓力。但是,在此之前,殘余應力還會在生產(chǎn)過程中損壞組件,從而導致裂紋或變形。

評估材料的結構完整性主要是通過破壞性或半破壞性的方式進行的,這對于零件的批量生產(chǎn)而言并不理想。取而代之的是,中子衍射可以無損檢測散裝材料中的殘余應力,為了使用這種方法測試燃氣輪機部件的內(nèi)部應力,Fritsch用來自研究中子源Hein Maier-LeibnitzFRM II)的中子轟擊了該零件,并使用了STRESS-SPEC中子衍射儀。然后使用Python腳本計算主應力方向,同時從九個應變測量值中提取六個獨立的應力分量。這些測量表明晶格結構的支柱和結的主應力方向。

殘余應力衍射儀STRESS-SPEC上測量位置的晶格結構。圖片來自Tobias Fritsch / BAM。

檢測內(nèi)部應力

通過他們的實驗,該團隊演示了使用中子衍射確定晶格結構中殘余應力的可靠程序。但是,一旦他們檢測到壓力,下一步就是找到減輕壓力的方法。Fritsch說:“我們知道我們必須修改生產(chǎn)過程參數(shù),從而改變打印過程中組件的構建方式。在熔化過程中,熱量施加的局部性越強,產(chǎn)生的內(nèi)部應力就越大。因此,我們必須在打印過程中盡可能均勻地分配熱量?!闭雇磥恚搱F隊將研究具有新組件和修改后的印刷參數(shù)的過程,并已與西門子合作,計劃利用GarchingTUM中子源進行新的測量。

Tobias Fritsch博士使用遙控器在研究中子源的殘余應力衍射儀STRESS-SPEC中將晶格結構置于正確的測量位置。攝影:Michael Hofmann / FRM II / TUM。

AM內(nèi)的非破壞性測試

盡管對3D打印零件進行破壞性測試仍然是檢測應力和弱點的最常見方法,但還有其他一些開發(fā)無損檢測過程的方法。例如,美國國家標準技術研究院(NIST)的科學家們開發(fā)了一種使用先進的探針和計算機算法精確測量SLA 3D打印過程中聚合物硬化速率的方法。將機器學習與CT掃描相結合是另一種非破壞性技術,紐約大學Tandon工程學院的研究人員已應用該技術來揭示3D打印復合材料背后的漏洞。

在其他地方,新加坡國家增材制造創(chuàng)新集群(NAMIC)與新加坡國家計量中心合作,為通過粉末床熔合和粘結劑噴射制造的零件的無損檢測開發(fā)標準指南。 該研究項目是由標準開發(fā)者ASTM International資助的旨在鼓勵3D打印內(nèi)部標準化的八項舉措之一。


來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/40283.html

   
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