Table of Contents
Las pruebas de calidad directas de láser (DMLS) y las láser selectivas (SLM) han ido más allá de la producción a gran escala de componentes metálicos críticos para aplicaciones aeroespaciales, médicas, automotrices y energéticas. A diferencia de la fabricación subtráctila tradicional, DMLS construye partes capa por capa de polvo de metal, introduciendo autorías térmicas únicas, tasas de solidificación rápida y microestructuras complejas
Normas y Marco Regulador para el ensayo de DMLS
[LT:2] El protocolo de ensayo de la industria es un conjunto de normas que se utilizan para la fabricación de los materiales de la primera fase de la industria [FLT]
Pruebas mecánicas destructivas: métodos básicos y elementos técnicos
Las pruebas destructivas siguen siendo el método principal para establecer propiedades de material de referencia y validar la consistencia de procesos. Cuando se aplican a los componentes de DMLS, los procedimientos de prueba estándar requieren una modificación cuidadosa en el diseño, la orientación y la interpretación de los resultados.
Pruebas de tracción para DMLS
Pruebas de tensión después de ASTM E8 o ISO 6892 es el método más utilizado para determinar la fuerza de rendimiento (YS), la resistencia a la tensión máxima (UTS) y la elongación en ruptura. La variable crítica en pruebas de tracción DMLS es la orientación de construcción.
Testing de dureza y correlación microestructural
Las pruebas de dureza proporcionan un indicador rápido y rentable de la resistencia del material y la consistencia del proceso. Rockwell (ASTM E18), Vickers (ASTM E92) y Brinell (ASTM E10) son todos los métodos de la variación elemental
Pruebas de impacto: Métodos de carpia e Izod
El análisis de impacto por ASTM E23 mide la capacidad de un material para absorber energía durante la fractura repentina, un parámetro crítico para componentes sometidos a carga dinámica o servicio de baja temperatura. Los materiales DMLS a menudo presentan resistencia a impactos anisotrópicos, con mayor absorción de energía en la orientación XY debido a la propagación de grietas a los límites de grano cilíndrico en la orientación Z.
Pruebas de fatiga: abordando la falla defectuoso
El rendimiento de la fatiga es la propiedad mecánica más exigente para las piezas de DMLS en las aplicaciones de carga cíclica. La rugosidad superficial inherente de las piezas construidas, combinada con la porosidad interna y la falta de fusión, reduce a menudo la fuerza de la fatiga de alta ciclo (HCF) en comparación con los materiales dañados por 30-50 por ciento o más.
Compresión y análisis de ojeras
Las pruebas de compresión por ]ASTM E9 son particularmente relevantes para las estructuras de lattice DMLS y los implantes porosos ortopédicos. El módulo compresivo y la resistencia de rendimiento de las estructuras celulares dependen en gran medida de la topología de células unitarias, el espesor de la strut y la densidad relativa. Para componentes sólidos de DMLS, las pruebas de compresión son menos comunes pero útiles para aplicaciones que requieren una alta presión o una mayor calidad.
Pruebas no destructivas (NDT) para la garantía de calidad de DMLS
Los métodos NDT son esenciales para la producción en serie y están cada vez más integrados en programas de calificación DMLS para detectar defectos críticos sin sacrificar el componente.
Tomografía computarizada industrial (CT)
El escaneo de TC es el estándar de oro para la inspección volumétrica de piezas de SG. Proporciona cartografía tridimensional de la porosidad interna, defectos de la falta de fusión, inclusiones y desviaciones dimensionales. La resolución a niveles de submicron es alcanzable con sistemas de micro-TC, permitiendo la detección de defectos menores de 50 micrometros.
Pruebas ultrasónicas (UT) y Array Fase
Pruebas ultrasónicas es un método complementario de NDT que se adapta bien a la detección de defectos planares como delamaciones y grietas. Pruebas ultrasónicas de matriz gradual (PAUT) ofrece mejores capacidades de sensibilidad e imágenes en comparación con el dispositivo único convencional UT. Los métodos ultrasónicos láser sin Couplant están en desarrollo para el monitoreo en proceso.
Inspección Penetrante de color amarillo (DPI) y detección de cuna de superficie
DPI es un método sencillo y de bajo costo para detectar defectos de superficie, incluyendo grietas, porosidad y falta de mestizaje que rompen la superficie. Se utiliza ampliamente para la inspección final de piezas DMLS mecanizadas donde se ha mejorado el acabado superficial. La limitación primaria es su incapacidad para detectar defectos de subsuperficie y su sensibilidad a la rugosidad superficial, que puede producir indicios falsos.
Características avanzadas y métodos de prueba especializados
Más allá de las pruebas mecánicas estándar, las técnicas avanzadas de caracterización proporcionan una visión más profunda de los mecanismos microestructurales que rigen el rendimiento de la parte DMLS.
Análisis de estrés residual
El estrés residual es inherente a la DMLS debido a los gradientes térmicos extremos durante la fusión láser y la rápida solidificación. Las tensiones residuales de alta tensión pueden conducir a la distorsión, el crack y la reducción de la vida de fatiga si no se administran adecuadamente. Las técnicas de medición incluyen la difusión de rayos X (XRD), la difracción de neutrones y el método de reducción de tensión de perforación (
Pruebas de tosificación de fractura
La resistencia a la fractura de HLT:0] es una medida de resistencia a la propagación de las grietas, una entrada crítica para el análisis de tolerancia al daño. La prueba sigue ASTM E1820 o ISO 12135 y requiere geometrías de especímenes relativamente grandes, que pueden ser difíciles de extraer de piezas de especímen.
Pruebas de torre y de fuerza-reposición
Para aplicaciones de alta temperatura como componentes de motores de turbina de gas, pruebas de raíl y de ruptura de estrés por ASTM E139 es esencial. Superallas de DMLS como Inconel 718 y Hastelloy X muestran comportamiento de escalofríos influenciados por el tamaño, la orientación y la distribución de precipitados.
Relaciones entre la supervisión y el proceso y la estructura de la propiedad
La evolución más significativa en las pruebas DMLS es el paso de la inspección post-proceso a la vigilancia en proceso. Cámaras térmicas, fotodiodes y sistemas de monitoreo de la piscina derretida capturan datos de capa por capa que pueden ser correlacionados con propiedades mecánicas. algoritmos de aprendizaje automático entrenados en datos de tensión histórica y fatiga pueden predecir la probabilidad de defectos basados en firmas térmicas, permitiendo un ajuste de proceso de proceso de proceso de fusión en tiempo real o un rechazo parcial
Tendencias emergentes en los exámenes mecánicos de DMLS
El panorama de pruebas para DMLS está evolucionando rápidamente, impulsado por la demanda de la industria para obtener una calificación más rápida y una mayor fiabilidad.
- ]Especimen miniaturizado Testing: Los métodos de prueba de especímenes pequeños permiten extraer muestras de prueba múltiples de una sola parte o construir, reducir los desechos materiales y permitir la medición de propiedades específicas de ubicación. Las técnicas incluyen pruebas de microtensilios, pruebas de golpes pequeños y la indentación automatizada de bolas.
- ]Integrated Computational Materials Engineering (ICME): ICME frameworks couple process simulation, microstructure modeling, and property prediction to reduce empirical testing requirements. Al validarse contra pruebas mecánicas específicas, ICME puede generar habilitables virtuales para geometrías específicas y condiciones de construcción.
- Machine Learning for Surrogate Models:] Las redes neuronales y los modelos de procesos gausianos entrenados en datos históricos de prueba pueden predecir propiedades mecánicas de parámetros de proceso, reduciendo la necesidad de pruebas rutinarias. Estos modelos son particularmente valiosos para la fatiga, donde las pruebas son de consumo prolongado y costosas.
- Artículos de prueba estandarizados: El comité ASTM F42 ha desarrollado artefactos de prueba (por ejemplo, ISO/ASTM 52902) diseñados específicamente para evaluar el rendimiento mecánico de los sistemas AM. Estos artefactos incorporan características críticas al rendimiento mecánico, incluyendo paredes delgadas y sobrecargas.
- ]Calificación probabilística: En lugar de depender de factores de seguridad fijos, los métodos probabilísticos utilizan distribuciones estadísticas de propiedades mecánicas derivadas de pruebas para cuantificar el riesgo. Este enfoque está ganando aceptación en el espacio para la certificación de componentes de AM.
Conclusión
Las pruebas mecánicas para piezas DMLS exigen una estrategia integral que integra pruebas destructivas convencionales con caracterización avanzada, evaluación no destructiva y tecnologías de monitoreo in-proceso emergentes. La naturaleza anisotrópica de metales manufacturados aditivamente, su sensibilidad a defectos internos, y sus características microestructurales distintivos requieren una cuidadosa adaptación de métodos de prueba estándar y protocolos de interpretación.