Hvordan gjennomføre kvalitetsinspeksjon etter 3D-utskrift av metall?

一, Ikke-destruktiv testteknologi: se på ting fra utsiden for å finne interne feil
Den viktigste måten å sjekke kvaliteten på 3D-utskrift av metall er ved ikke-destruktiv testing (NDT), som kan finne interne feil uten å påvirke varenes struktur. Basert på distinkte deteksjonsprinsipper kan de vanligste teknologiene deles inn i fire grupper:
1. Micro CT, eller industriell datatomografi
Micro CT bruker røntgenstråler- for å gå gjennom deler og hente data fra flere vinkler. Etter å ha blitt rekonstruert av en datamaskin, lager den tre-dimensjonale tomografiske bilder som kan finne defekter med en oppløsning på mikrometer. Et Micro CT-system med en røntgenkilde på 450 kV- kan finne porer med en diameter på 0,02 mm inne i et sylinderhode av aluminiumslegering og måle ting som porøsitet og sprekklengde. Dens viktigste fordeler er:
Fulldimensjonal inspeksjon: kan finne både indre feil (som sprekker og porer) og ytre geometriske aberrasjoner (som veggtykkelse og deformasjon) i deler på samme tid.
Kvantifisering med høy nøyaktighet: 3D-rekonstruksjonsteknologi kan korrekt estimere størrelsen, plasseringen og distribusjonstettheten til feil.
Berøringsfri-operasjon: Ikke skade presisjonsdeler igjen.
2. Radiografisk testing (RT)
I henhold til GB/T 35351-standarden for «Non Destructive Testing of Metallic Materials - Radiographic Testing», finner radiografisk testing interne feil ved å se på endringene i hvordan røntgenstråler eller gammastråler passerer gjennom deler. For eksempel, mens du kontrollerer titanlegeringer for luftfartsblader, kan radiografisk testing finne mellomlags ikke-fusjonsproblemer og måle deteksjonsfølsomhet ved hjelp av bildekvalitetsindikatorer (IQI). Den har noen problemer, for eksempel:
Begrensning av penetrasjonsevne: Materialer med høy-tetthet, som wolframlegeringer, trenger høy-energistrålingskilder;
Begrensninger ved to-dimensjonal bildebehandling: Overlappende projeksjoner kan skjule problemer i kompliserte strukturelle deler.
3. Testing med lydbølger (UT)
Ultralydtesting bruker måten høyfrekvente-lydbølger spretter av og beveger seg gjennom deler for å finne nær-overflatefeil som sprekker og inneslutninger. For eksempel kan phased array ultrasonic technology (PAUT) raskt finne og fotografere feil i 316L rustfrie stålformer ved hjelp av multi-elementsonder. Noen av dens egenskaper er:
Svært følsom: kan finne sprekker så små som noen få mikron;
Retningsavhengighet: Vinkelen på sonden må stilles inn akkurat for delens geometri.
4. Testing med laser ultralyd (LUT)
LUT bruker laserpulser for å få stressbølger til å bevege seg på overflaten av deler og finner feil ved å se på hvordan lydbølger beveger seg gjennom dem. Nanyang Technological University-teamet bygde et laser-ultralydsystem som kan finne sprekker i titanlegeringsdeler på 15 minutter med en oppløsning på 0,1 mm. Denne metoden er god for å finne vanskelige buede deler på nettet.
2, Kontrollere kvaliteten på overflaten, fra mikrostrukturen til den makroskopiske formen
Overflatekvaliteten til 3D-printede metallprodukter har en direkte innvirkning på hvor lenge de varer og hvor godt de motstår korrosjon. Følgende dimensjoner bør kontrolleres under overflateinspeksjon:
1. Måling av overflatens ruhet
For å finne det aritmetiske gjennomsnittlige avviket (Ra) til overflateprofilen til delen, bruk en overflateruhetsmåler som MarSurf-serien. For eksempel er overflate Ra-verdien til Ti6Al4V titanlegeringsdeler laget av SLM-metoden normalt mellom 6 og 10 μm. For å oppfylle luftfartsstandarder, må denne verdien senkes til mindre enn 0,8 μm ved hjelp av elektrolytisk polering.
2. Analyse av mikrostrukturen
Bruk skanningselektronmikroskopi (SEM) for å se på delenes kornstruktur, fasesammensetning og defektmorfologi. Varm isostatisk pressing (HIP) kan endre formen på aluminiumslegeringsobjekter, og SEM-bilder kan demonstrere dette.
3. Testing av den kjemiske sammensetningen
For å finne ut hvilke kjemikalier som er i delene, bruk et røntgenfluorescensspektrometer (XRF) eller et induktivt koblet plasmamassespektrometer (ICP-MS). For eksempel å sjekke innholdsavviket til Cr, Co, W og andre elementer i nikkel-baserte høy-temperaturlegeringer som har blitt 3D-printet for å sikre at de oppfyller ASTM F3001-standarden.
3, Testing av mekanisk ytelse: sjekke hvor mye vekt deler kan holde
Det er viktig å verifisere de mekaniske egenskapene til 3D-printede metallobjekter for å sikre at de er på nivå:
1. Test for strekkfasthet
GB/T 228.1-standarden sier at man skal bruke en universell testmaskin for å sjekke delenes strekkfasthet (Rm), flytegrense (Rp0,2) og forlengelse (A). For eksempel må Rm for 17-4PH rustfrie ståldeler laget med SLM-metoden være 1000 MPa eller høyere.
2. Test for tretthet
Bruk en roterende bøyeutmattelsestestmaskin, som en R-R-testmaskin, for å se hvor lenge deler varer når de er under syklisk belastning. For eksempel må flyfester gjennom 10 sykluser med lasttesting, og sprekkforplantningshastigheten må være mindre enn 1 × 10⁻⁶ mm/syklus.
3. Testing for hardhet
Du kan bruke en Vickers hardhetstester (HV) eller en Rockwell hardhetstester (HRC) for å finne ut hvor hard overflaten på gjenstander er. For eksempel trenger turbinblader deler laget av Inconel 718 som har en HV-verdi på 450–500 når de skrives ut med DMLS-teknologi.
4, Bransjepraksis: Trender innen standardisering og intelligens
1. Bygge et nasjonalt standardsystem
De tre nasjonale standardene for 3D-utskrift (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 og GB/T 45667-2025) som trådte i kraft i september 2025, gir industrien en enkelt måte å bedømme kvaliteten på. GB/T 45675 sier for eksempel hvordan overflateruheten til SLM-deler skal vurderes, og krever at repeterbarhetsfeilen for Ra-verdien er mindre enn eller lik 5 %.
2. Bruk av smarte deteksjonsteknologier
Bruken av maskinlæring og kunstig intelligens gjør deteksjon mer effektiv. For eksempel opprettet Nanyang Technological University et optisk bildebehandling-basert analysesystem for krystallorientering som kan fullføre mikrostrukturevalueringen av titanlegeringsdeler på bare 15 minutter og koster bare 1/10 av SEM-metoden.
3. Kvalitetskontroll for hele prosessen
Ledende selskaper har satt opp et lukket-sløyfesystem for «design printing testing feedback». GE Aviation har for eksempel lagt til et in-overvåkingssystem til SLM-utstyret sitt. Dette lar dem endre laserintensiteten og skannehastigheten i sanntid, noe som har senket feilfrekvensen til komponenter fra 8 % til mindre enn 0,5 %.