金属增材制造的检测
2018年10月17日 | Matthias Schmidt-Lehr (AMPower)
增材制造(AM)最初主要作为一种原型制作技术,但在过去5年中,其在工业应用领域的应用势头迅猛。对于要求极高的功能性零部件,激光束粉末床熔融(LB-PBF)技术已成为……
新兴金属增材制造技术正蓬勃发展
增材制造(AM)最初主要作为原型制作技术出现,但在过去5年中,其在工业应用领域的发展势头极为强劲。对于要求极高的功能性零部件,激光束粉末床熔融(LB-PBF)已成为最主流的增材制造技术。 在过去两年中,金属部件的粘结剂喷射技术(BJT)和熔融沉积 建模(FDM)技术,通过大幅降低成本,使终端用户对开辟新应用领域寄予厚望。近期,惠普(HP)、Desktop Metal和Markforged等美国大型企业进一步推动了这一趋势。
在最新发表的研究中,Ampower 就基于烧结的增材制造技术与激光束熔融(LB-PBF)及金属注射成型(MIM)相比的当前能力,提出了客观且独立的见解。通过分析来自8家不同系统供应商的50余个试样,Ampower 揭示了这些不同技术的特性。与YXLON 合作开展的全面计算机断层扫描(CT)分析,使人们对不同技术的几何精度和内部缺陷有了深入的了解。
增材制造面临的一大挑战是零件的密度。所有金属增材制造工艺都有一个共同点,即在3D打印过程中尚无法检测到气孔和内部缺陷。破坏性测试只能揭示被测零件上的缺陷。在航空和医疗等监管严格的行业中,开发过程中必须进行无损检测(NDT),而在某些关键情况下,甚至需要在生产过程中采用100%全检方法。 在本研究中,Ampower 与YXLON 合作,对包括LB-PBF在内的最先进3D打印工艺以及新兴金属技术进行了技术成熟度评估。
孔隙率分析
为了确保孔隙率分析的有效性,必须考虑计算机断层扫描(CT)图像的质量和分辨率。低于分辨率的孔隙可能无法被扫描检测到。孔隙率的定量分析基于一个阈值,该阈值将灰度值映射为实心材料或空隙。该阈值对测量结果具有显著影响。 对BJT、金属FDM和LB-PBF在相同扫描参数下的计算机断层扫描图像进行比较后发现,BJT和金属FDM部件的孔隙分布更密集,且存在更大的缺陷。这与显微照片分析的结果相吻合。
几何精度
基于烧结技术的增材制造零件在外部环形区域出现了变形,这很可能是烧结过程中造成的。法兰上的材料多余和缺失会对尺寸精度产生负面影响。这种情况在金属FDM零件中尤为明显。高分辨率CT扫描能够清晰呈现不同增材制造工艺的特征表面结构。 对于所有技术而言,3D打印过程中材料堆积的具体方向在表面上均清晰可见。
超越NDT的研究见解
该研究最后深入探讨了该技术的设计潜力与局限性。基于烧结的增材制造技术面临的最大挑战在于脱粘剂去除和烧结工艺。要控制这些必要的工艺步骤,需要对烧结技术有深入的了解。实施基于烧结的增材制造技术将给早期采用者带来新的挑战。特别是对基础设施的投资以及对烧结工艺的了解,都不应被低估。 对于汽车和机械行业而言,粘结剂喷射技术和金属熔融沉积 建模具有巨大的未来潜力。它们将在成本和生产效率方面填补铸造与LB-PBF之间的差距。然而,在高负荷应用领域,EB-PBF和LB-PBF目前仍将是基准的增材制造技术。
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