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

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 Energy的3D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-Leibnitz（FRM 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Garching的TUM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