Hvordan tester man køleydelsen af ​​metal 3D-printforme?

一, Hoveddele af test af køleydelse
1. Test af termodynamisk ydeevne
Måling af termisk ledningsevne er en vigtig måde at finde ud af, hvor godt materialer transporterer varme. ASTM E1461 laserflashmetoden kan nøjagtigt evaluere den termiske diffusivitet af formmaterialer mellem -100 og 500 grader Celsius. Et forskerhold testede 3D-printet H13-støbestål og opdagede, at dets varmeledningsevne var 28,5 W/(m · K), hvilket er 12 % større end standardsmedningsprocedurer. Dette skyldes, at 3D-print skaber en unik finkornet struktur.

Hovedmålet med termisk modstandsanalyse er at finde ud af, hvor godt formen overfører varme. For at lave temperaturgradientskykort kan du placere termoelementer på vigtige punkter på formen og bruge infrarøde termiske billedteknologier til at kombinere dem. En test udført af et bestemt firma, der laver bildele, indikerer, at temperaturen på deres 3D-printede aluminiumslegeringsformkerne- holder sig inden for ± 3 grader efter at have lavet 1000 forme i træk. Dette er 60 % lavere end traditionelle forme.

2. Test af væskedynamik
Test af trykfaldskarakteristikken er en god måde at se, om designet af kølevandskredsløbet er rimeligt. Micronics PT100 flowkalibreringsenheden kan korrekt registrere tryktabet i vandvejen, når flowhastigheden er mellem 0,1 og 100L/min. Et casestudie af en elektronisk emballageform viste, at den 3D-printede spiralkølevandskanal kun faldt 0,8 kPa ved en strømningshastighed på 20L/min, hvilket var 45 % mindre end den traditionelle borevandskanal. Dette viser, at dets kanaldesign er mere i overensstemmelse med principperne for fluiddynamik.

Et fler-kanal flowsensornetværk bruges til at udføre flowensartethedstesten. Et forskerhold oprettede 12 flowovervågningssteder i en kompliceret 3D-trykt hulrumsform. De observerede, at strømningsafvigelsen for hver kanal blev holdt inden for ± 2% for at sikre, at kølemediet blev spredt jævnt. Denne testprocedure er meget god til høj-præcisionsstøbeforme, der bruges i rumfartsindustrien. For eksempel en satellitstøtteform, der raffinerede vandvejsmønsteret for at skære ned på produktforvrængningsdeformationen fra 0,3 mm til 0,05 mm.

2, Et system til test i forskellige skalaer
1. Test i mikroskopisk skala
Metallografisk undersøgelse kan vise en-af-- slags mikrostrukturelle egenskaber ved 3D-print. Med et Olympus BX53M metallografisk mikroskop kan du se fine søjleformede korn, der blev fremstillet ved hjælp af laserpulverbedsmeltning (LPBF) processen. Disse korn er mere end 50 % mindre end dem, der er fremstillet med typiske støbemetoder. Denne mikrostruktur gør materialet langt bedre til at håndtere termisk træthed. Efter 10 ^ 6 termiske cyklusser viste en vis test, at 3D-printede forme stadig har en komplet korngrænsestruktur, mens traditionelle forme havde klare sprækker.

Micromeritics AutoPore V kviksølvintrusionsporosimeter bruges til at finde porøsiteten. Den kan korrekt finde, hvor porerne er i formen. En medicinsk implantattest viste, at ved at ændre udskriftsindstillingerne kunne porøsiteten sænkes fra 0,5 % til 0,08 %, og porestørrelsen var for det meste mellem 1 og 5 μm. Denne tykke struktur forhindrer kølemediet i at lække og gør formen stærkere.

2. Test i stor skala
Termisk billeddannelse dynamisk overvågning er en nem måde at se, hvor jævnt formene afkøles. FLIR T865 termisk kamera kan vise dig, hvordan temperaturen på formens overflade varierer i realtid. Den har en opløsning på 640 × 480 og kan se temperaturer fra -40 grader til 1500 grader. Da forskerne testede en bestemt motorcylinderform, sammenlignede forskerne de termiske billeder af 3D-print og traditionelle forme. De fandt ud af, at temperaturfordelingens standardafvigelse for 3D-printformen kun var 1,2 grader, hvilket var 75 % lavere end for den traditionelle form. Dette viste, at det konforme kølevandskredsløbsdesign gjorde en stor forskel i termisk balance.

MTS 370.10 træthedstestmaskinen bruges til udmattelseslevetidstesten. Den simulerer, hvordan formens ydeevne ville ændre sig efter 1 million varme og kolde cyklusser med et belastningsområde på ± 25kN. 3D trykt formstål beholder 90% af sin oprindelige hårdhed efter 500.000 cyklusser, mens traditionelle forme mister 30% af deres hårdhed under de samme forhold. Dette skyldes, at 3D-printteknologi fjerner intern stresskoncentration.

3, Brug af de nyeste testteknikker
1. Teknologien af ​​digitale tvillinger
En digital tvillingmodel af formafkølingsprocessen kan laves ved at kombinere Moldflow formflowanalysesoftware med maskinlæringsmetoder. En undersøgelsesgruppe byggede en AI-model, der kan gætte temperatur-, hastigheds- og trykfordelingerne i et bestemt område ved at træne på 36.000 sæt parametriserede finneformsdata. Modellens forventede resultater stemmer godt overens med reelle testdata med en nøjagtighed på 95 %. Dette er 40 % bedre end standard empiriske metoder og skærer ned på den tid, det tager at lave en form.

2. Et netværk af bittesmå sensorer
Ved at placere en mikrotemperatur- og tryksensor-array i formen kan du muligvis holde øje med afkølingsprocessen i realtid. En bestemt undersøgelse brugte 24 MEMS-sensorer i en 3D-printet lillebitte varmeveksler til med succes at måle lokale temperaturændringer på 0,1 grad, hvilket giver præcis dataunderstøttelse til kanalstyring. Denne teknik er fantastisk til fremstilling af høj-præcisionsforme i luft- og rumfartsindustrien. For eksempel en raketmotordyseform, der kontrollerer temperaturændringer i varmestresskoncentrationsområdet inden for ± 5 grader gennem et sensornetværk.

4. Standarder og kriterier for test i industrien
ISO 23499-2017, "Quality Assessment Standard for Metal 3D Printing," blev udgivet af International Organization for Standardization (ISO). Det sætter standarden for vurdering af køleydelse. Den termiske ledningsevnetest skal følge ASTM E1461-standarden, trykfaldstesten skal følge ISO 527-2-specifikationen, og udmattelseslevetidstesten skal følge ISO 1217-standarden. I Kina giver standarder som GB/T 39251-2020 "Karakteriseringsmetoder for Metal Powder Properties in Additive Manufacturing" industrien et komplet sæt tekniske specifikationer.