La tecnologia di rilevamento del laser del metallo (DMLS) e la fusione del laser selettivo (SLM) si sono spostate oltre la prototipazione nella produzione su larga scala di componenti metallici mission-critical per applicazioni aerospaziale, medicale, automobilistico e energetico.

Standard e quadro regolamentare per la prova DMLS

I test di fabbricazione [LT:0] ASTM F42[FLT] [FLT]] sono stati elaborati con un altro metodo di prova [FLT] [[FLT]] [[[FLT]]] [[[FLT]]]] i test di fabbricazione dei materiali di fusione [FLT] [[FLT]]] [[[FLT]]]]

Testi meccanici distruttivi: Metodi di base e Nuance tecniche

La prova distruttiva rimane il metodo primario per stabilire le proprietà dei materiali di base e convalidare la consistenza del processo.Quando applicato ai componenti DMLS, le procedure di prova standard richiedono un'attenta modifica nella progettazione, nell'orientamento e nell'interpretazione dei risultati.

Test di trazione per DMLS

Per la ricerca di resistenza allo stress, il campione di estrazione di tipo ZLT (FLT: 2) è il metodo più impiegato per determinare la resistenza al rendimento (YS), la resistenza alla trazione finale (UTS) e l'allungamento della rottura.

Test di durezza e correlazione microstrutturale

Il test di durezza fornisce un indicatore rapido ed economico della resistenza del materiale e della consistenza del processo. Rockwell (ASTM E18)], Vickers (ASTM E92), e Brinell (ASTM E10) i metodi di raffreddamento sono tutti

Test di impatto: metodi di Charpy e Izod

I test di impatto per ASTM E23] misurano la capacità del materiale di assorbire energia durante la frattura improvvisa, un parametro critico per i componenti sottoposti a carico dinamico o a servizio a bassa temperatura. I materiali DMLS presentano spesso una resistenza agli urti anisotropici, con un maggiore assorbimento di energia nell'orientamento XY impiegato a causa della propagazione delle fessure lungo i confini dei grani colonnari nell'orientamento Z.

Testing di fatigue: Discorso di guasto di Defect-Driven

La rugosità superficiale intrinseca delle parti as-costruite, combinata con i difetti interni di porosità e di mancanza di diffusione, riduce spesso la resistenza ad alta fatica (HCF) rispetto ai materiali di ciclo controllato del 30-50 per cento o piÃ1.

Test di compressione e taglio

Il modulo di compressione e la resistenza alla resa delle strutture cellulari dipendono fortemente dalla topologia delle cellule unitari, dallo spessore delle strutture e dalla densità relativa. Per i componenti solidi di DMLS, i test di compressione sono meno comuni ma utili per applicazioni che coinvolgono elevate sollecitazioni di contatto o carichi di cuscinetti.

Test non distruttivo (NDT) per la garanzia di qualità DMLS

I metodi NDT sono essenziali per la produzione seriale e sono sempre più integrati nei programmi di qualificazione DMLS per rilevare i difetti critici senza sacrificare il componente.

Tomografia computerizzata industriale (CT)

La scansione industriale di CTLT è lo standard oro per l'ispezione volumetrica delle parti DMLS. Fornisce la mappatura tridimensionale di porosità interna, difetti di mancanza difusione, inclusioni e deviazioni dimensionali. La risoluzione fino a livelli di sub-micron à ̈ realizzabile con sistemi micro-CT, consentendo la rilevazione di di difetti inferiori a 50 micrometri.

Testing ultrasuoni (UT) e Array di fase

I test a ultrasuoni sono un metodo NDT complementare adatto per rilevare i difetti planari come le delammi e le crepe. I test a ultrasuoni a array phased (PAUT) offrono una migliore sensibilità e capacità di imaging rispetto ai tradizionali monoelementi UT. I metodi a ultrasuoni laser senza coimpianto sono in fase di sviluppo per il monitoraggio dell'accoppiamento in-processo.

Ispezione del Penetrant Dye (DPI) e rilevamento del Crack di superficie

DPI è un metodo semplice e a basso costo per rilevare difetti di rottura superficiale, comprese crepe, porosità e mancanza difusione che rompono la superficie. È ampiamente utilizzato per l'ispezione finale di parti di DMLS lavorate dove la finitura superficiale è stata migliorata. La limitazione primaria è la sua incapacità di rilevare difetti di subsuperficie e la sua sensibilità alla rugosità superficiale, che può produrre false indicazioni.

Caratterizzazione avanzata e metodi di prova specializzati

Oltre ai test meccanici standard, le tecniche di caratterizzazione avanzate forniscono una visione più approfondita dei meccanismi microstrutturali che regolano le prestazioni della parte DMLS.

Analisi della tensione residua

Lo stress residuo è inerente al DMLS per l'estrema pendenza termica durante la fusione laser e la rapida solidificazione. Le sollecitazioni ad alta resistenza possono portare a distorsione, cracking e riduzione della durata della fatica se non correttamente gestita.

Test di durezza frattura

La resistenza al fratture (KIC, JIC, CTOD) misura la resistenza del materiale alla propagazione della crepa, un input critico per l'analisi della tolleranza ai danni.

Test di cripto e di corda-rimboccatura

Per applicazioni ad alta temperatura come componenti motore a turbina a gas, test di strisciamento e rottura dello stress per ASTM E139] è essenziale.

Monitoraggio e relazioni di processo-struttura-properità

L'evoluzione più significativa dei test DMLS è la mossa da un'ispezione post-processo al monitoraggio in-process. Le telecamere termiche, i fotodiodi e i sistemi di monitoraggio della piscina di fusione catturano dati a strati per strato che possono essere correlati con proprietà meccaniche.

Tendenze emergenti nella prova meccanica DMLS

Il panorama di test per DMLS si sta evolvendo rapidamente, guidato dalla domanda di qualificazione più rapida e da una maggiore affidabilità.

  • I piccoli metodi di prova consentono l'estrazione di campioni multipli da una singola parte o da una costruzione, la riduzione dei rifiuti materiali e la misurazione della proprietà specifica per la posizione. Le tecniche includono test micro-tensili, test di punzone e indentazione a sfere automatizzata.
  • Integrated Computational Materials Engineering (ICME): ICME frameworks couple process simulation, microstructure modeling, and property predition to only empirical testing needs. Quando convalidato contro test meccanici mirati, ICME può generare permessi virtuali per specifiche geometrie e condizioni di costruzione.
  • Imparare a macchina per i modelli di surrogate:[ Le reti neurali e i modelli di processo Gaussian formati su dati storici di prova possono prevedere proprietà meccaniche dai parametri di processo, riducendo la necessità di test di routine. Questi modelli sono particolarmente preziosi per la fatica, dove i test sono di lunga durata e costosi.
  • Test Artifacts standard:[] Il comitato ASTM F42 ha sviluppato manufatti di prova (ad esempio ISO/ASTM 52902)]) specificamente progettati per valutare le prestazioni meccaniche dei sistemi AM. Questi artefatti incorporano caratteristiche critiche alle prestazioni meccaniche, comprese pareti sottili, sporgenze e concentratori di stress.
  • Qualificazione probabilistica:[] Piuttosto che affidarsi a fattori di sicurezza fissi, metodi probabilistici utilizzano distribuzioni statistiche di proprietà meccaniche derivate dal test per quantificare il rischio.

Conclusioni

La ricerca meccanica per le parti DMLS richiede una strategia completa che integra test distruttivi convenzionali con caratterizzazione avanzata, valutazione non distruttiva e tecnologie di monitoraggio in-processo emergenti. La natura anisotropica dei metalli additivamente fabbricati, la loro sensibilità ai difetti interni, e le loro caratteristiche microstrutturali distinti richiedono un'attenta adattamento dei metodi di prova standard e protocolli di interpretazione.